O entalpia de reação é uma função termodinâmica que permite calcular o calor ganho ou fornecido em uma reação química, desde que essa reação tenha ocorrido a pressão constante. É definida como a energia interna U mais o produto da pressão P pelo volume V das substâncias que participam de uma reação química, como segue: H = U + P ∙ V
Portanto, a entalpia tem dimensões de energia e, no Sistema Internacional de medidas, é medida em Joules. Para entender a relação da entalpia com o calor trocado em uma reação química, é necessário lembrar a primeira lei da termodinâmica, que afirma o seguinte: Q = ΔU + W
A primeira lei estabelece que a troca de calor em um processo termodinâmico é igual à variação da energia interna das substâncias envolvidas no processo mais o trabalho realizado por essas substâncias no processo..
Em qualquer processo, o trabalho W é calculado pela seguinte relação:
Na expressão acima, Vi é o volume inicial, Vf o volume final e P a pressão. Se o processo for realizado a pressão P constante, o trabalho resultante será:
Onde ΔV é a mudança de volume.
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As reações químicas são processos termodinâmicos que geralmente ocorrem a pressão constante e muito frequentemente à pressão atmosférica. Este tipo de processo termodinâmico é denominado "isobárico", pois ocorre a pressão constante.
Neste caso, a primeira lei da termodinâmica pode ser escrita assim:
Qp = ΔU + P ∙ ΔV
Onde Qp indica que o calor foi trocado a pressão constante. Se a definição de entalpia H = U + P ∙ V é introduzida na expressão anterior, obtemos então:
Qp = ΔH
Portanto, uma mudança de entalpia positiva indica uma reação que retirou calor do ambiente. Esta é uma reação endotérmica.
Pelo contrário, se a mudança de entalpia for negativa, então é uma reação exotérmica.
Na verdade, a palavra entalpia vem da palavra grega enthalpien, cujo significado é "aquecer".
A entalpia também é chamada de calor. Mas deve ficar claro que não é o mesmo que calor, mas é a troca de calor durante o processo termodinâmico que altera a entalpia..
Ao contrário do calor, a entalpia é uma função do estado. Quando a mudança de entalpia é calculada, a diferença de duas funções que dependem exclusivamente do estado do sistema, como energia interna e volume, estão sendo calculadas..
ΔH = ΔU + P ∙ ΔV
Como a pressão permanece constante na reação, a entalpia da reação é uma função de estado que depende apenas da energia interna e do volume..
Em uma reação química, a entalpia dos reagentes pode ser definida como a soma de cada um deles; e a dos produtos como a soma da entalpia de todos os produtos.
A mudança de entalpia em uma reação é a diferença dos produtos menos a dos reagentes:
Em uma reação endotérmica, a entalpia dos produtos é maior do que a dos reagentes; ou seja, a reação retira calor do ambiente. Ao contrário, em uma reação exotérmica a entalpia dos reagentes é maior do que a dos produtos, uma vez que a reação cede calor ao meio ambiente..
Como a mudança de entalpia em uma reação química pode depender da pressão e da temperatura, é comum definir as condições de reação padrão:
Temperatura de reação padrão: 25 ° C.
Pressão de reação padrão: 1 atm = 1 bar.
A entalpia padrão é denotada assim: H °
Em uma equação termoquímica, não apenas os reagentes e os produtos importam, a variação da entalpia também importa. Entalpia é entendida como a reação à mudança ocorrida durante o mesmo.
Como exemplo, vejamos as seguintes reações:
2 H2 (gás) + O2 (gás) → 2 H2O (líquido); ΔH ° = -571,6 kJ (exotérmico).
H2 (gás) + (½) O2 (gás) → H2O (líquido); ΔH ° = -285,8 kJ (exotérmico).
2 H2O (líquido) → 2 H2 (gás) + O2 (gás); ΔH ° = +571,6 kJ (endotérmico).
Se os termos de uma equação química são multiplicados ou divididos por um determinado fator, a entalpia é multiplicada ou dividida pelo mesmo.
Se a reação for revertida, o sinal da entalpia de reação também é revertido.
O gás acetileno C2H2 é obtido a partir da reação do carboneto de cálcio CaC2 que se apresenta na forma granulada com água à temperatura e pressão ambiente..
Como dados temos as entalpias de formação dos reagentes:
ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol
ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol
E a entalpia de formação dos produtos:
ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol
ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol
Encontre a entropia padrão da reação.
A primeira coisa é propor a equação química balanceada:
CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)
E agora as entalpias dos reagentes, produtos e a reação:
- Reagentes: -59,0 kJ / mol -2 ∙ 285,8 kJ / mol = -630,6 kJ / mol
- Produtos: -986,0 kJ / mol + 227,0 kJ / mol = -759 kJ / mol
- Reação: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol
É uma reação exotérmica.
Quando 1 litro de acetileno é queimado em condições padrão, quanto calor é liberado?
Uma vez equilibrada, a reação de combustão do acetileno é assim:
C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)
Precisamos das entalpias de formação dos produtos:
ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol
ΔH ° (H2O (l)) = -285,8 kJ / mol
Com esses dados podemos calcular a entalpia dos produtos:
ΔH ° (produtos) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -1072,8 kJ / mol
E a entalpia de formação dos reagentes:
ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol
ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol
A entalpia dos reagentes será:
227,0 kJ / mol + (5/2) * 0,0 = 227,0 kJ / mol
A entalpia de reação molar será então: ΔH ° (produtos) - ΔH ° (reagentes) = -1072,8kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol
Agora precisamos saber quantos moles de acetileno são um litro de acetileno nas condições padrão. Para isso usaremos a equação de estado de um gás ideal, a partir da qual resolveremos o número de moles.
Número de moles n = P * V / (R * T)
P = 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa
V = 1 l = 1,0 x 10 ^ -3 m³
R = 8,31 J / (mol * K)
T = 25 ° C = 298,15 K
n = 0,041 mol
A entalpia de combustão de 1 litro de acetileno é 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ
O sinal negativo indica que é uma reação exotérmica que emite 53,13 kJ = 12,69 kcal.
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