QUAL É O CALOR DA REAÇÃO? - QUÍMICA - 2025

O calor de reação ou entalpia de reação (ΔH) é a mudança na entalpia de uma reação química que ocorre a pressão constante. É uma unidade termodinâmica de medida útil para calcular a quantidade de energia por mol que é liberada ou produzida em uma reação.

Como a entalpia é derivada da pressão, do volume e da energia interna, todas funções de estado, a entalpia também é uma função de estado.

ΔH, ou a mudança de entalpia surgiu como uma unidade de medida destinada a calcular a mudança de energia de um sistema quando se tornou muito difícil encontrar a ΔU, ou mudança na energia interna de um sistema, medindo simultaneamente a quantidade de calor e trabalho trocados.

Dada uma pressão constante, a mudança de entalpia é igual ao calor e pode ser medida como ΔH = q.

A notação ΔHº ou ΔHº _r surge então para explicar a temperatura e pressão precisas do calor de reação ΔH.

A entalpia padrão de reação é simbolizada por ΔHº ou ΔHºrxn e pode assumir valores positivos e negativos. As unidades para ΔHº são kiloJoules por mol ou kj / mol.

Conceito anterior para entender o calor da reação: diferenças entre ΔH e ΔHº

Δ = representa a mudança na entalpia (entalpia dos produtos menos entalpia dos reagentes).

Um valor positivo indica que os produtos têm maior entalpia ou que se trata de uma reação endotérmica (é necessário calor).

Um valor negativo indica que os reagentes têm maior entalpia ou que é uma reação exotérmica (é produzido calor).

º = significa que a reação é uma alteração de entalpia padrão e ocorre a uma pressão / temperatura predefinida.

r = denota que esta mudança é a entalpia da reação.

O estado padrão: o estado padrão de um sólido ou líquido é a substância pura a uma pressão de 1 bar ou o que é a mesma 1 atmosfera (105 Pa) e uma temperatura de 25 ° C, ou o que é o mesmo 298 K.

O ΔHº _r é o calor de reação padrão ou entalpia padrão de uma reação, e como ΔH também mede a entalpia de uma reação. No entanto, ΔHºrxn ocorre em condições "padrão", o que significa que a reação ocorre a 25 ° C e 1 atm.

O benefício de uma medição de ΔH em condições padrão reside na capacidade de relacionar um valor de ΔHº a outro, uma vez que eles ocorrem nas mesmas condições.

Calor de formação

O calor padrão de formação, ΔH _f º, de um produto químico é a quantidade de calor absorvida ou liberada da formação de 1 mol desse produto químico a 25 graus Celsius e 1 bar de seus elementos em seus estados padrão.

Um elemento está em seu estado padrão se estiver em sua forma mais estável e seu estado físico (sólido, líquido ou gasoso) a 25 graus Celsius e 1 bar.

Por exemplo, o calor padrão de formação do dióxido de carbono envolve oxigênio e carbono como reagentes.

O oxigênio é mais estável como moléculas de gás O ₂, enquanto o carbono é mais estável como grafite sólida. (O grafite é mais estável do que o diamante nas condições padrão).

Para expressar a definição de outra forma, o calor padrão de formação é um tipo especial de calor padrão de reação.

A reação é a formação de 1 mol de uma substância química a partir de seus elementos em seus estados padrão sob condições padrão.

O calor padrão de formação também é chamado de entalpia padrão de formação (embora seja na verdade uma mudança na entalpia).

Por definição, a formação de um elemento por si só não produziria nenhuma alteração na entalpia, de modo que o calor de reação padrão para todos os elementos é zero (Cai, 2014).

Cálculo da entalpia de reação

1- Cálculo experimental

A entalpia pode ser medida experimentalmente usando um calorímetro. Um calorímetro é um instrumento onde uma amostra reage através de cabos elétricos que fornecem a energia de ativação. A amostra está em um recipiente cercado por água que é constantemente mexida.

Medindo com a a mudança de temperatura que ocorre quando a amostra reage, e conhecendo o calor específico da água e sua massa, o calor liberado ou absorvido pela reação é calculado usando a equação q = Cesp xmx ΔT.

Nesta equação q é o calor, Cesp é o calor específico neste caso da água que é igual a 1 caloria por grama, m é a massa da água e ΔT é a variação da temperatura.

O calorímetro é um sistema isolado que possui pressão constante, então ΔH _r = q

2- Cálculo teórico

A mudança de entalpia não depende do caminho particular de uma reação, mas apenas do nível de energia global dos produtos e reagentes. A entalpia é uma função do estado e, como tal, é aditiva.

Para calcular a entalpia padrão de uma reação, podemos adicionar as entalpias padrão de formação dos reagentes e subtraí-la da soma das entalpias padrão de formação dos produtos (Boundless, SF). Exposto matematicamente, isso nos dá:

.DELTA.H _r ° = Σ.DELTA.H _f ° (produtos) - Σ.DELTA.H _f ° (reagentes).

As entalpias de reações são normalmente calculadas a partir das entalpias de formação de reagentes em condições normais (pressão de 1 bar e temperatura de 25 graus Celsius).

Para explicar este princípio da termodinâmica, calcularemos a entalpia da reação para a combustão do metano (CH ₄) de acordo com a fórmula:

CH ₄ (g) + 2O ₂ (g) → CO ₂ (g) + 2H ₂ O (g)

Para calcular a entalpia padrão da reação, precisamos encontrar as entalpias padrão de formação para cada um dos reagentes e produtos envolvidos na reação.

Eles geralmente são encontrados em um apêndice ou em várias tabelas online. Para essa reação, os dados de que precisamos são:

H _f ° CH ₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H _f º O ₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H _f ° CO ₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H _f ° H ₂ O (g) = -284 kjoul / mol.

Observe que, por estar em seu estado padrão, a entalpia padrão de formação para o gás oxigênio é 0 kJ / mol.

A seguir, resumimos nossas entalpias de formação padrão. Observe que, como as unidades estão em kJ / mol, precisamos multiplicar pelos coeficientes estequiométricos na equação de reação balanceada (Leaf Group Ltd, SF).

.DELTA.H Σ _f ° (produtos).DELTA.H = _f º CO ₂ +2.DELTA.H _f º H ₂ O

Σ ΔH _f º (produtos) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

.DELTA.H Σ _f ° (reagentes).DELTA.H = _f º CH ₄ + AH _f º O ₂

Σ ΔH _f º (reagentes) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Agora, podemos encontrar a entalpia padrão da reação:

ΔH _r ° = Σ ΔH _f º (produtos) - Σ ΔH _f º (reagentes) = (- 962) - (- 75) =

ΔH _r ° = - 887 kJ / mol.

Referências

1. Anne Marie Helmenstine. (11 de junho de 2014). Definição de entalpia de reação. Recuperado de Thoughtco: Thoughtco.com.
2. (SF). Entalpia de reação padrão. Recuperado do ilimitado: boundless.com.
3. Cai, E. (11 de março de 2014). calor padrão de formação. Recuperado de chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, maio). Várias definições de alteração de entalpia. Recuperado de chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, GL (2017, 9 de fevereiro). Entalpia de formação padrão. Recuperado de chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (SF). Como calcular entalpias de reação. Recuperado do sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, EY (2014, 7 de maio). Calor de reação. Recuperado de chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.