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Química

O que é Termoquímica e o que ela estuda?

A Termoquímica é a área da química que estuda as trocas de energia na forma de calor nas reações químicas e mudanças de estado. Ou seja, as variações de entalpia. Entenda mais sobre a Termoquímica nesse blog post!

Autor Representação de uma pessoa Ana Maria Data Representação de um calendário 17/10/2019 Tempo Representação de um relógio 9min  de leitura

A Termoquímica é a área da química que estuda as trocas de energia na forma de calor nas reações químicas e mudanças de estado.

Essa energia é chamada de Entalpia, e só pode ser medida na forma de variação. Ou seja, só é possível calcular a energia envolvida nos processos, e não a energia absoluta de uma molécula ou substância.

Existe uma diversidade de Entalpias, entre elas: De formação, de reação, de ligação, de dissolução, de mudanças de estado físico. Vamos entender melhor algumas delas?

O que é Entalpia?

Primeiro, entenda que sempre medimos a energia trocada em um processo, não a energia absoluta das coisas (moléculas, íons, etc). Ou seja, é possível determinar a variação de entalpia de uma reação química, mas não a entalpia de uma molécula.

A variação de energia em um processo pode ser positiva ou negativa. Assim, quando a variação é positiva, a energia foi absorvida. Quando a variação é negativa, energia foi liberada.

Entalpia de Ligação: é a energia “acumulada” em uma ligação química. Sempre que uma reação química acontece, ligações químicas são quebradas e formadas – e há energia envolvida nesse processo.

Entalpia de Reação: é o balanço das entalpias de ligação em uma reação química. Ou seja, é a energia total envolvida numa reação química, considerando a energia envolvida nos processos de rompimento e formação de ligações químicas.

Entalpia de Formação: é a energia envolvida na formação de uma nova substância, a partir de outras, considerando a quebra e a formação de ligações químicas. Logo, para as substâncias simples no estado padrão, a entalpia de formação é nula.

Entalpias de mudança de estado: se referem às mudanças normais de estado físico. Entalpia de Fusão, de ebulição… etc. É a variação de energia total do processo de mudança de estado.

Entalpia de Dissolução: é o saldo de energia do processo de dissolução de um sólido em um líquido. Existem dissoluções que liberam energia e que absorvem energia.

Entalpia de Combustão: é a energia liberada nas reações químicas de combustão.

Cálculos de Entalpia: Processos Endotérmicos e Exotérmicos

Na Termoquímica, sempre nos referimos à entalpia em termos de sua variação. Ou seja, a energia trocada em um processo. Essa energia é geralmente mensurada em kJ/mol ou kcal/mol. Assim, conseguimos calcular a energia trocada se tivermos as entalpias finais e iniciais de um processo.

Fórmula que calcula a variação da entalpia. Descobre-se a energia trocada diminuindo as entalpias do produto da entalpia do reagente.
Fórmula do cálculo da variação da entalpia

Com isso, quando a energia final de um processo é maior do que a energia inicial, o processo absorveu energia. Essa energia é absorvida na forma de calor.

Por isso, esses processos acontecem com a diminuição de temperatura: o calor absorvido foi consumido no processo. Tais processos são chamados de endotérmicos.

No gráfico abaixo, vemos exatamente isso: os reagentes iniciais têm baixa energia (H2 e I2), porque são bastante estáveis. Até o final do desenvolvimento da reação, com a produção de 2HI, a energia, que é demonstrada pelo pico e pela linha contínua dos reagentes, foi absorvida.

Gráfico termoquímico de uma reação endotérmica, onde a energia dos produto é maior do que a energia dos reagentes
Gráfico de uma reação Endotérmica

Em contraste aos processos endotérmicos, existem também os exotérmicos. Nesse caso, a entalpia dos reagentes é menor do que a entalpia dos produtos. Assim, a variação de entalpia é negativa, porque os produtos são menos energéticos (mais estáveis) do que os reagentes.

Esse é o caso da reação abaixo, onde o gás hidrogênio e o gás cloro reagem para formar ácido clorídrico (HCl). A entalpia do produto é menor que a entalpia dos reagentes; por isso, a variação é negativa, e se trata de um processo que liberou energia para acontecer.

Gráfico de uma reação exotérmica, onde a energia dos produtos é menor do que a energia dos reagentes
Gráfico de uma reação exotérmica

O que é uma equação Termoquímica?

Como já vimos, existem entalpias de formação e de mudanças de estado das substâncias. Por isso, quando estamos falando de processos termoquímicos, é preciso especificar qual o estado físico das substâncias e explicitar a energia trocada no processo.

Desta forma, pode-se dizer que as equações termoquímicas são equações químicas bastante completas, pois explicitam em qual estado físico as substâncias se encontram e a variação de entalpia da reação. Veja um exemplo:

Equação termoquímica do hidróxido de magnésio
Equação de formação do Hidróxido de Magnésio

Na reação de Magnésio metálico com água, observe que indicamos o estado físico entre parênteses subscrito em cada substância. Assim, sabemos que o magnésio é sólido (s), a água é líquida (l) e o hidrogênio é gasoso (g). Sabemos também que foram liberados 350 kJ de energia nesse processo, porque a energia liberada é um produto da reação. Portanto, é uma reação exotérmica.

É importante saber o estado das substâncias porque cada uma delas tem seu estado físico normal nas CNTP. Por exemplo, o magnésio metálico é sólido, e a água é líquida. Se desejarmos liquefazer o magnésio ou solidificar a água, precisamos de uma variação de energia – e teremos uma variação de entalpia atrelada a esse processo.

A Entalpia e a Lei de Hess

A Lei de Hess na termoquímica diz que a variação da entalpia envolvida numa reação química, sob determinadas condições experimentais, depende exclusivamente da entalpia inicial dos reagentes e da entalpia final dos produtos. Dessa forma, não importa se uma é reação executada em uma única etapa ou em várias etapas sucessivas.

Assim, é possível calcular:

ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 + … + ΔHn

Para obtermos a energia total de uma reação.

Por isso, é possível calcular a variação de entalpia de qualquer reação termoquímica se tivermos as entalpias de formação ou de ligação das substâncias que participam dela. Veja o exemplo abaixo da reação de cloração do eteno:

Reação de cloração do eteno para formação do 1,2dicloroetano
Reação de Formação do 1,2-dicloroetano

A partir das energias de ligação fornecidas a seguir, podemos calcular a variação de entalpia da reação toda.

C-C: 347 kJ/mol

C=C: 611 kJ/mol

Cl-Cl: 243 kJ/mol

C-Cl: 339 kJ/mol

Primeiro, precisamos saber quais ligações serão rompidas e quais são formadas. No caso, elas também serão rompidas:

  • 1 ligação C=C (611 kJ/mol) = 611 kJ/mol
  • 1 ligação Cl-Cl (243 kJ/mol) = 243 kJ/mol
  • Energia total do processo endotérmico: +854 kJ

Serão formadas:

  • 1 ligação C-C (347 kJ/mol) = 347 kJ/mol
  • 2 ligações C-Cl (339 kJ/mol) = 2 x 339 kJ/mol = 678 kJ
  • Energia total do processo exotérmico: -1025 kJ

Assim, usando a equação de variação de entalpia total da lei de Hess, conseguimos:

ΔH = -1025 + 854 = -171 kJ/mol

Por isso, concluímos que a entalpia de formação do dicloroetano é de -171kJ/mol, tratando-se de um processo exotérmico.

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