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Termoquímica

Fascinado pela árvore morta que podia ocasionar uma manifestação tão maravilhosa como uma fogueira, com suas chamas ondulantes, fornecendo-lhe calor para se aquecer no inverno, cozinhar alimentos...o homem primitivo se perguntava como isto era possível!

Termoquímica

Os maiores benefícios vieram quando o homem foi capaz de produzir e conservar o fogo. Dominá-lo deve ter sido uma tarefa perigosa e difícil, usualmente relacionada com seres ou forças sobre-humanas.

Há muitos mitos sobre o fogo, mas o mais fascinante é o de Prometeu: segundo a mitologia grega, ele teria roubado o fogo dos deuses e dado aos homens, ensinando-os a usá-lo - por isso foi punido por Zeus. Foi amarrado a uma rocha e uma águia lhe devorava o fígado. A cada ataque, este se regenerava. Foi libertado por Hércules após trinta anos (ou séculos?).

Assim, o calor tem preocupado o homem desde que o mesmo percebeu a necessidade da sobrevivência. Sempre teve lugar de destaque nas idéias dos alquimistas, baseadas no ponto de vista dos gregos - desde séculos A.C. até o século dezesseis - relativo aos quatro elementos componentes da matéria: terra, ar, fogo e água.

A partir do século XVIII, com as idéias orientadas pelo conhecimento - vindo da observação associada à experimentação - surgiu a Termodinâmica, que passou a ser um campo definido da ciência.

Termofísica - Termoquímica

É a ciência que estuda as relações quantitativas, materiais, entre o calor e as outras formas de energia.

Matéria e energia são noções que explicam praticamente tudo que ocorre na natureza. A noção de matéria é simples de ser compreendida, quando se manuseia objetos sólidos, se bebe água (líquido) ou se respira ar (gasoso). Energia já é um conceito mais amplo, que envolve fenômenos naturais ou atividades como aquecer ou resfriar, puxar ou empurrar um objeto.
A energia pode ser armazenada em um dado sistema, na forma de energia potencial, como por exemplo, uma pedra acima da superfície da terra ou uma mola sob compressão ou por causa de propriedades químicas, devido ao arranjo dos átomos e elétrons dentro de uma molécula. Mas há também a energia cinética, numa bola sendo atirada ou em uma molécula em movimento...

Essas formas de energia podem ser liberadas, sob condições apropriadas, para realizar um trabalho: empurrar o êmbolo no cilindro de um motor ou enviar uma corrente elétrica através do motor elétrico ou lançar uma nave espacial na órbita terrestre... A energia pode ser convertida em calor, elevando assim a temperatura do próprio sistema ou do ambiente.

Energia, trabalho e calor são todos expressos nas mesmas unidades: calorias, joules ou ergs.

1 caloria(cal) = 4,18 joules (J) 1 joule = 0,24 calorias
1 kcal = 103 cal 1 kJ = 103 J
1 kcal = 4,18 kJ 1 kjoule = 0,24 kcal
1 Joule (J) = 107ergs 1 cal = 4,18 . 107 ergs

A Termodinâmica se divide em duas grandes áreas de estudo: A Termofísica e a Termodinâmica. Para facilitar o nosso estudo da Termoquímica, usaremos algumas idéias da Termofísica.

Calorimetria: é a medida das quantidades de calor absorvidas ou liberadas durante uma transformação.

Você sabe qual é a diferença entre quantidade de calor e temperatura?

Calor é o nome dado à energia térmica quando ela é transferida de um corpo a outro, motivada por uma diferença de temperatura entre os corpos. É energia térmica em trânsito.

Temperatura é a grandeza física que permite medir quanto um corpo está quente ou frio. Está relacionada à energia cinética das partículas de um corpo, à energia de movimento das partículas. A temperatura você lê no termômetro, a quantidade de calor é medida num calorímetro. Veja um exemplo: dois béquers a 100ºC, um com 1 litro e outro com 2 litros de água. A temperatura nos dois é a mesma, mas a quantidade de calor no segundo é o dobro.

Os calorímetros são aparelhos usados para medir o calor de uma transformação:

TermoquímicaTermoquímica

A quantidade de calor liberada ou absorvida quando se faz uma transformação física ou química dentro do calorímetro pode ser medida por:

Q = m.c.Dt

ou Q =(m + K).Dt

onde:

Q= quantidade de calor da transformação

m= massa da substância (em gramas)

c= calor específico da substância (cal/g. ºC)

Dt= variação da temperatura.

k= capacidade calorífica do calorímetro (cal/ºC)

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,...

As transformações termoquímicas podem ser:

Transformações endotérmicas: absorvem energia

Transformações exotérmicas: liberam energia.

Energia interna (E) e entalpia (H)

Termoquímica

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 |

Termoquímica

Termoquímica

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)

Termoquímica

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

Termoquímica

Diagrama de entalpia

Termoquímica

Fatores que influem no valor da entalpia:

Termoquímica

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: www.chrisrios2.hpg.ig.com.br

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