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QUÍMICAQUÍMICAA Ciência Central A Ciência Central
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Capítulo 5Capítulo 5TermoquímicaTermoquímica
David P. WhiteDavid P. White
Capítulo 05© 2005 by Pearson Education
A natureza da energiaA natureza da energia
E i i éti i t i lEnergia cinética e energia potencial• Energia cinética é a energia do movimento:• Energia potencial é a energia que um objeto possui em virtude deEnergia potencial é a energia que um objeto possui em virtude de
sua posição.A energia potencial pode ser convertida em energia cinética. Por exemplo: um ciclista no topo de um morro.
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A natureza da energiaA natureza da energia
E i i éti i t i lEnergia cinética e energia potencial• A energia potencial eletrostática, Ed, é a atração entre duas
partícula com cargas contrárias, Q1 e Q2, a uma distância d entre si. • A constante κ = 8,99 × 109 J m/C2.• Se as duas partículas têm cargas opostas, Ed será a repulsão
eletrostática entre elas.
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A natureza da energiaA natureza da energia
U id d d iUnidades de energia• A unidade SI para energia é o joule, J.
• Algumas vezes utilizamos a caloria em vez do joule:1 cal = 4 184 J (exatos)1 cal = 4,184 J (exatos)
• Uma caloria nutricional:1 cal = 1.000 cal = 1 kcal
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A natureza da energiaA natureza da energia
Si t i i hSistema e vizinhanças• Sistema: é a parte do universo na qual estamos interessados.• Vizinhança: é o resto do universo• Vizinhança: é o resto do universo.
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A natureza da energiaA natureza da energia
A transferência de energia: trabalho e calor• Força é uma tração ou uma compressão exercida em um objeto.Força é uma tração ou uma compressão exercida em um objeto.• Trabalho é o produto da força aplicada em um objeto em uma
distância.• Energia é o trabalho reali ado para mo er m objeto contra ma• Energia é o trabalho realizado para mover um objeto contra uma
força.• Calor é a transferência de energia entre dois objetos.g j• Energia é a capacidade de realizar trabalho ou de transferir calor.
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A primeira lei da A primeira lei da termodinâmicatermodinâmica
E i i t
termodinâmicatermodinâmica
Energia interna• Energia interna: é a soma de toda a energia cinética e potencial de
um sistema.• Não se pode medir a energia interna absoluta.
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A primeira lei da A primeira lei da termodinâmicatermodinâmica
A l ã d E l t b lh
termodinâmicatermodinâmica
A relação de ΔE a calor e a trabalho• A energia não pode ser criada ou destruída.• A energia (sistema + vizinhança) é constante.• Toda energia transferida de um sistema deve ser transferida para as
vizinhanças (e vice-versa).• A partir da primeira lei da termodinâmica:
quando um sistema sofre qualquer mudança física ou química, a variação obtida em sua energia interna, ΔE, é dada pelo calor adicionado ou liberado pelo sistema q mais o trabalhocalor adicionado ou liberado pelo sistema, q, mais o trabalho realizado pelo ou no sistema:
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A primeira lei da A primeira lei da termodinâmicatermodinâmicatermodinâmicatermodinâmica
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A primeira lei da A primeira lei da termodinâmicatermodinâmicatermodinâmicatermodinâmica
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A primeira lei da A primeira lei da termodinâmicatermodinâmica
Processos endotérmicos e exotérmicos
termodinâmicatermodinâmica
Processos endotérmicos e exotérmicos• Endotérmico: absorve calor da vizinhança.• Exotérmico: transfere calor para a vizinhança.• Uma reação endotérmica mostra-se fria.• Uma reação exotérmica mostra-se quente.
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A primeira lei da A primeira lei da termodinâmicatermodinâmica
Funções de estado
termodinâmicatermodinâmica
Funções de estado• Função de estado: depende somente dos estados inicial e final do
i t ã d i i t é tili dsistema, e não de como a energia interna é utilizada.
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EntalpiaEntalpia
• As reações químicas podem absorver ou liberar calor.• No entanto elas também podem provocar a realização de trabalho• No entanto, elas também podem provocar a realização de trabalho.• Por exemplo, quando um gás é produzido, ele pode ser utilizado
para empurrar um pistão, realizando, assim, trabalho.p p p , , ,Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
• O trabalho realizado pela reação acima é denominado trabalho de pressão-volume.
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EntalpiaEntalpia
• Entalpia, H: é o calor transferido entre o sistema e a vizinhança li d b ã t trealizado sob pressão constante.
• Entalpia é uma função de estado.
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EntalpiaEntalpia
• Quando ΔH é positivo, o sistema ganha calor da vizinhança.• Quando ΔH é negativo, o sistema libera calor para a vizinhança.
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Entalpias de reaçãoEntalpias de reação
A entalpia é uma propriedade extensiva (a ordem de grandeza do ΔH é di i l à id d )diretamente proporcional à quantidade):
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔH = -890 kJ2CH ( ) + 4O ( ) 2CO ( ) + 4H O( ) ΔH 1780 kJ2CH4(g) + 4O2(g) → 2CO2(g) + 4H2O(g) ΔH = −1780 kJ
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Entalpias de reaçãoEntalpias de reação
• Quando invertemos uma reação, alteramos o sinal do ΔH:CO (g) + 2H O(l) → CH (g) + 2O (g) ΔH = +890 kJCO2(g) + 2H2O(l) → CH4(g) + 2O2(g) ΔH = +890 kJ
A i ã t l i d d d t d• A variação na entalpia depende do estado:H2O(g) → H2O(l) ΔH = -88 kJ
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CalorimetriaCalorimetria
Capacidade calorífica e calor específicoCapacidade calorífica e calor específico• Calorimetria = a medição do fluxo de calor.• Calorímetro = o instrumento que mede o fluxo de calor• Calorímetro = o instrumento que mede o fluxo de calor.• Capacidade calorífica = a quantidade de energia necessária para
aumentar a temperatura de um objeto (em um grau).p j ( g )• Capacidade calorífica molar = a capacidade calorífica de 1 mol de
uma substância.• Calor específico = a capacidade calorífica específica = a
capacidade de calor de 1 g de uma substância.
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CalorimetriaCalorimetria
Calorimetria a pressão constanteCalorimetria a pressão constante
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CalorimetriaCalorimetriaBomba calorimétrica
(calorimetria de volume constante)
• A reação é realizada a uma
(calorimetria de volume constante)
çpressão constante da atmosfera.Utili b b• Utilize uma bomba calorimétrica.
• Normalmente estuda aNormalmente estuda a combustão.
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Lei de HessLei de Hess
• A lei de Hess: se uma reação é executada em uma série de etapas, o ΔH para a reação será igual à soma das variações de entalpia para as etapas individuais.P l• Por exemplo:
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = -802 kJ2H2O(g) → 2H2O(l) ΔH = -88 kJ
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔH = -890 kJ
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Entalpias de formaçãoEntalpias de formação
• Se 1 mol de composto é formado a partir de seus elementostit i t i ã d t l i ã é d i dconstituintes, a variação de entalpia para a reação é denominada
entalpia de formação, ΔHof .
• Condições padrão (estado padrão): 1 atm e 25 oC (298 K)• Condições padrão (estado padrão): 1 atm e 25 oC (298 K).• A entalpia padrão, ΔHo, é a entalpia medida quando tudo está em
seu estado padrãoseu estado padrão.• Entalpia padrão de formação: 1 mol de composto é formado a
partir de substâncias em seus estados padrãopartir de substâncias em seus estados padrão.
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Entalpias de formaçãoEntalpias de formação
• Se existe mais de um estado para uma substância sob condições d ã t d i tá l é tili dpadrão, o estado mais estável é utilizado.
• A entalpia padrão de formação da forma mais estável de um elemento é zeroelemento é zero.
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Entalpias de formaçãoEntalpias de formação
Utilização de entalpias de formação para o cálculo de entalpias de reaçãop ç
• Utilizamos a lei de Hess para calcular as entalpias de uma reação a partir das entalpias de formação.p p ç
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Alimentos e combustíveisAlimentos e combustíveis
AlimentosAlimentos• Valor de combustão = a energia liberada quando 1 g de substância
é i dé queimada.• 1 caloria nutricional, 1 cal = 1000 cal = 1 kcal.• A energia em nossos corpos vem de carboidratos e gordurasA energia em nossos corpos vem de carboidratos e gorduras
(principalmente).• Intestinos: carboidratos convertidos em glicose:
C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g)+ 6H2O(l), ΔH = -2803 kJ
• As gorduras se quebram como se segue:• As gorduras se quebram como se segue:2C57H110O6 (s) + 163O2 (s) → 114CO2 (s) + 110H2O(l), ΔH = -75,520 kJ
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Alimentos e combustíveisAlimentos e combustíveis
Alimentos• Gorduras: contêm mais energia; não são solúveis em água; portanto
b d isão boas para armazenagem de energia.
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Alimentos e combustíveisAlimentos e combustíveis
CombustíveisCombustíveis• Em 2000 os Estados Unidos consumiram 1,03 × 1017 kJ de
b tí lcombustível.• A maior parte a partir do petróleo e do gás natural.
O i d ã i l hid lé i• O restante a partir de carvão, usinas nucleares e hidroelétricas.• Os combustíveis fósseis não são renováveis.
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Alimentos e combustíveisAlimentos e combustíveis
CombustíveisCombustíveis• O valor de combustão = a energia liberada quando 1 g de subsância
é i dé queimado.• O hidrogênio tem grande potencial como combustível com um
valor de combustão de 142 kJ/gvalor de combustão de 142 kJ/g.
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