Termoquímica

Termoquímica - Estuda a energia associada a uma transformação.

Os primeiros elementos alquímicos eram os quatro elementos naturais: terra, água, fogo e ar, a produção de energia sempre esteve em pauta para o homem, sempre foi uma busca constante. A partir do século XVIII surge a Termodinâmica.

A Termoquímica é a área da Termodinâmica que estuda a liberação ou absorção de calor em reações químicas ou em transformações de substâncias como dissolução, mudanças de estado físico,..

 Caloria

A unidade de energia que o nosso corpo utiliza é a caloria (cal), cada célula do nosso corpo processa os alimentos e liberam energia, que utilizamos para as mais variadas atividades, como andar, pensar, praticar esportes,etc. Exercícios físicos, dietas alimentares balanceadas são constantemente recomendadas para se ter uma vida mais saudável. Você já percebeu os rótulos dos alimentos? Pesquise seus alimentos favoritos, constate se você tem uma dieta saudável ou não.

Qual a diferença entre DIET e LIGHT

Os alimentos do tipo Light possuem reduzido valor energético. Ex: 30% de redução em gordura ou carboidratos.
Diet são os alimentos com fins especiais. Ex: dietas com restrição de acúcares, proteínas ou gorduras.

Qual a importância das reações químicas para qualquer ser?

As reações químicas envolvem formação e quebra de ligações entre átomos.

Quando uma ligação química é formada se requer energia, e quando é quebrada, libera energia.
Essas reações ocorrem em qualquer organismo continuamente. é através das reações químicas que as estruturas corporais são formadas, e as suas funções executadas.

Ex: A estrutura do núcleo de uma célula do coração não é igual a de uma sélula vegetal, e suas funções são completamente diferentes.

Energia Natural

Considerada como um processo químico, a fotossíntese é a mais importante. Os compostos de carbono resultantes tornam-se aproveitáveis e constituem-se em fábricas de alimentos, inclusive para os animais.

Energia Fóssil

A energia à disposição do ser humano pela queima dos chamados combustíveis fósseis, como o carvão e o petróleo, é simplesmente a energia captada de eras mais antigas. É por essa razão que é chamada de energia fóssil.

Conceitos

Sistema: porção do universo cujas propriedades estão em estudo. Um sistema pode ser aberto ou fechado

Ambiente: parte do universo que envolve o sistema.

Fronteira: região que separa o sistema da vizinhança. Pode ser isolante ou não.

A energia interna de um sistema isolado é constante. Ex: panela de pressão

A energia total após a reação é igual à energia total antes da reação.
A energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada.
Os processos químicos ocorrem com troca de energia entre o sistema e o ambiente que o circunda.
Calor e Temperatura

São dois conceitos diferentes. Calor é a energia que se transfere entre dois corpos com diferentes temperaturas. Temperatura é uma grandeza do calor. você não tira a temperatura corporal, verifica. Se tirar a temperatura do seu corpo, morre.

A medida de calor é a caloria (cal). No Sistema Internacional (S.I.), o joule (J) é a unidade de energia. Determina-se experimentalmente que a equivalência entre caloria e joule é:

1 cal = 4,18 J

1 Kcal = 1000 cal

1 KJ = 1000 J

Para que uma reação ocorra, se faz necessário que os reagentes entrem em contado. Dependendo do tipo de reação ela pode necessitar de energia para que ocorra.

Entalpia (H)
É a quantidade de energia de um sistema em forma de calor absorvido ou liberado por uma reação, à pressão constante.

Reação Química
Uma reação química possui reagentes e produtos. Tudo que vem antes da seta se chama reagentes, e tudo que vem depois da seta se designa de produtos.Por exemplo, a fotossíntese para que ocorra, necessita de energia solar, desta maneira, o gás carbônico e o vapor d’água podem formar moléculas de glicose.
Outras tipos de reação podem liberar uma grande quantidade de energia, por exemplo: a bomba atômica.

Classificação das Reações
1– Reação Exotérmica: é aquela que libera calor para o ambiente e sua entalpia diminui. A variação da entalpia será negativa (Δ H <0 a="a" br="br" da="da" de="de" decorr="decorr" diversas="diversas" em="em" energia="energia" formas:="formas:" ncia="ncia" no="no" o.="o." ocorra="ocorra" para="para" pode="pode" que="que" rea="rea" representada="representada" sa="sa" ser="ser" sistema="sistema">A + B + calor → AB
A + B → AB Δ H= - x calor
A + B - calor → AB

2– Reação Endotérmica: é aquela que absorve calor do ambiente e sua entalpia aumenta. A variação da entalpia será positiva (Δ H > 0), em decorrência da entrada de energia no sistema, para que a reação ocorra. Pode ser representada de diversas formas:
A + B → AB - calor
A + B → AB Δ H= + x calor
A + B + calor → AB

Variação da Entalpia (Δ H)
A variação da entalpia de um sistema informa a quantidade de calor trocado por esse sistema, à pressão constante. A variação é sempre medida pela fórmula:

Δ H = Hfinal - H inicial ou Δ H = Hproduto - Hreagente

Equação Termoquímica
É a equação química à qual acrescentamos a entalpia da reação e na qual mencionamos todos os fatores que possam influir no valor dessa entalpia. Os valores de Δ H variam quando um mais fatores se alteram, como: estado alotrópico, temperatura, pressão e estado físico.
Exemplo:
Cgrafite + 2 H2 (g) → CH4 (g) Δ H = - 74,4 KJ/mol (25°C, 100KPa)

Lei de Hess
Δ H = Hproduto - Hreagente
A variação da entalpia (quantidade de calor absorvido ou liberado) em uma reação química depende apenas dos estados inicial e final da reação.

Consequências da Lei de Hess
1– As equações termoquímicas podem ser somadas como se fossem equações matemáticas.
2– Invertendo uma equação termoquímica, devemos trocar o sinal de ΔH
3– Multiplicando (ou dividindo) uma equação termoquímica por um número diferente de zero de Δ H será sempre multiplicado (ou dividido) por esse número.

Energia interna (E) e entalpia (H)

Na Termoquímica, analisamos a energia interna E (armazenada no sistema), que inclui fatores complicados, tais como as atrações entre as moléculas e os movimentos dos elétrons, átomos e moléculas.

As modificações químicas durante uma reação, com a decomposição dos reagentes e a formação de novas substâncias (os produtos), são acompanhadas por reagrupamentos que levam a uma variação na energia interna.

Por exemplo, numa reação que E i representa a energia interna no estado inicial e E f , a energia interna no estado final:

Numa reação exotérmica (como por exemplo a queima da gasolina):

Ef < Ei e: DE < 0

Numa reação endotérmica (como por exemplo a do bicarbonato de sódio com ácido clorídrico):

Ef > Ei e: DE > 0

A perda ou ganho total de energia das moléculas (DE) será sempre numericamente igual à quantidade total de calor liberado ou absorvido na reação, a volume constante (Q v):

| Q v | = | D E |

Numa reação exotérmica o meio ambiente "ganha" calor (aumento=variação positiva) à custa do sistema em reação que "perde" energia ( diminuição=variação negativa). Numa reação endotérmica o meio ambiente "perde" calor (diminuição=variação negativa) cedendo-o ao sistema em reação que "ganha" energia (aumento=variação positiva).

Então, devemos escrever:

Qv = - DE
numa reação exotérmica: Qv> 0 e DE < 0
numa reação endotérmica: Qv < 0 e DE > 0

No calorímetro, a transformação se processa num recipiente fechado, de volume constante - então, a quantidade de calor medida é Qv.

Na prática, é mais comum a reação se processar "a céu aberto" ou seja, em frasco aberto - deste modo, a quantidade de calor da transformação é medida a pressão constante: Qp .
Entretanto, se a reação é realizada nestas condições, há perda de energia para o ambiente. Esta é retirada da energia interna da reação, na forma de trabalho termoquímico ( ).

Como se pode notar, as relações (2) e (5) são equivalentes e traduzem o PRIMEIRO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA ou PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA, que estabelece:

A soma de todas as energias de um sistema isolado é constante.

Em outras palavras, a energia pode ser transformada de uma forma em outra, mas não pode ser criada, nem destruída.

Entalpia (H)

É o total de energia liberada ou absorvida em uma transformação de um dado sistema, a pressão constante.

As transformações termoquímicas podem ser:

Transformação exotérmica: libera calor para o meio ambiente.

Diagrama de entalpia

Energia interna (E) e entalpia (H)

Na Termoquímica, analisamos a energia interna E (armazenada no sistema), que inclui fatores complicados, tais como as atrações entre as moléculas e os movimentos dos elétrons, átomos e moléculas.

As modificações químicas durante uma reação, com a decomposição dos reagentes e a formação de novas substâncias (os produtos), são acompanhadas por reagrupamentos que levam a uma variação na energia interna.

Por exemplo, numa reação que E i representa a energia interna no estado inicial e E f , a energia interna no estado final:

Numa reação exotérmica (como por exemplo a queima da gasolina):

Ef < Ei e: DE < 0

Numa reação endotérmica (como por exemplo a do bicarbonato de sódio com ácido clorídrico):

Ef > Ei e: DE > 0

A perda ou ganho total de energia das moléculas (DE) será sempre numericamente igual à quantidade total de calor liberado ou absorvido na reação, a volume constante (Q v):

| Q v | = | D E |

Numa reação exotérmica o meio ambiente "ganha" calor (aumento=variação positiva) à custa do sistema em reação que "perde" energia ( diminuição=variação negativa). Numa reação endotérmica o meio ambiente "perde" calor (diminuição=variação negativa) cedendo-o ao sistema em reação que "ganha" energia (aumento=variação positiva).

Então, devemos escrever:

Qv = - DE
numa reação exotérmica: Qv> 0 e DE < 0
numa reação endotérmica: Qv < 0 e DE > 0

No calorímetro, a transformação se processa num recipiente fechado, de volume constante - então, a quantidade de calor medida é Qv.

Na prática, é mais comum a reação se processar "a céu aberto" ou seja, em frasco aberto - deste modo, a quantidade de calor da transformação é medida a pressão constante: Qp .
Entretanto, se a reação é realizada nestas condições, há perda de energia para o ambiente. Esta é retirada da energia interna da reação, na forma de trabalho termoquímico ( ).

Como se pode notar, as relações (2) e (5) são equivalentes e traduzem o PRIMEIRO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA ou PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA, que estabelece:

A soma de todas as energias de um sistema isolado é constante.

Em outras palavras, a energia pode ser transformada de uma forma em outra, mas não pode ser criada, nem destruída.

Entalpia (H)

É o total de energia liberada ou absorvida em uma transformação de um dado sistema, a pressão constante.

As transformações termoquímicas podem ser:

Transformação exotérmica: libera calor para o meio ambiente.

Diagrama de entalpia

Fatores que influem no valor da entalpia:

A variedade alotrópica mais reativa sempre estará num patamar de energia mais alto, no diagrama de entalpia:

Temperatura: as determinações de DH devem ser feitas a temperatura constante, pois ela influi no seu valor. Geralmente as transformações são feitas em condições-padrão, a 25ºC.

Quantidades de reagentes e produtos: o valor do DH é determinado pelas quantidades dos reagentes. 
Fonte: Fiz adaptações de vários livros: Ricardo feltre e Usberco e Salvador