Termoquímica: O Calor E Os Processos Químicos

 O conceito de calor

Calor é a energia térmica em trânsito, isto é, a energia transferida de um corpo para outro quando existe diferença de temperatura entre eles. Lembrando que temperatura é a medida do grau de agitação das moléculas de um corpo.

 Há processos que liberam e outros que absorvem calor

As reações químicas que liberam calor são denominadas exotérmicas e as reações que absorvem calor são denominadas endotérmicas.

Exotérmica: reação química que libera calor, sendo, portanto, a energia final dos produtos menos que a energia inicial dos reagentes. Disso se conclui-se que a variação de energia é positiva.

Endotérmica: reação química que absorve calor, sendo, portanto, a energia final dos produtos maior que a energia dos reagentes. Dessa forma a variação de energia é positiva.

 Noção sobre como são feitas medidas de quantidade de calor

A quantidade de calor é medida em calorias. Caloria ou pequena caloria é a quantidade de calor necessária para elevar a 1ºC a temperatura de 1g em água. A principal unidade derivada da caloria é a grande caloria, quantidade de calor necessária para elevar de 1ºC a temperatura de 1000g de água. A grande caloria equivale a 1000 calorias. A caloria é indicada pela sigla cal e a grande caloria pela sigla Kcal. Logo podemos concluir que o calor específico da água é de 1cal/gºC.

2. Entalpia e variação de entalpia

 Uma analogia com o saldo bancário

Vamos fazer uma analogia com o saldo de uma conta bancária. Consideramos, então, duas situações: a saída de dinheiro da conta e a entrada de dinheiro nela.

Quando uma pessoa faz uma compra com cartão de debito, ocorre saída de dinheiro de sua conta. Essa saída de dinheiro provoca uma redução do saldo da conta. Nesse caso, estamos diante de um processo exomonetário. Se calcularmos a variação de saldo, subtraindo o saldo inicial do saldo final, concluiremos que ela é negativa, pois o saldo final é menor que o inicial.

∆$ = Saldo final - Saldo inicial < 0 Processo exomonetário.

Após usar o cartão Antes de usar o cartão Sai dinheiro da conta.

Por sua vez, quando o dinheiro é depositado na conta, o saldo sofre um aumento graças à entrada de dinheiro. Estamos diante de um processo endomonetário, e a variação de saldo é positiva, pois o saldo final é maior que o inicial.

∆$ = Saldo final - Saldo inicial > 0 Processo endomonetário.

Após o dinheiro Antes do dinheiro Entra dinheiro na conta.

ser depositado ser depositado

Perceba que o sinal da variação de saldo informa se houve saída (∆$ < 0) ou entrada (∆$ > 0) de dinheiro na conta.

 O conceito de entalpia (H) e de variação de entalpia (∆H)

A entalpia de um sistema é uma grandeza que informa a quantidade de energia desse sistema que poderia ser transformada em calor em um processo a pressão constante. A entalpia pode ser comparada ao saldo de uma conta bancária.

Quando um processo exotérmico ocorre em um sistema à pressão constante, esse sistema libera calor para o ambiente e sua entalpia diminui. A variação de entalpia será negativa, pois sai energia do sistema.

Quando um processo endotérmico ocorre em um sistema à pressão constante, esse sistema absorve calor do ambiente e sua entalpia aumenta. Nesse caso, a variação de entalpia será positiva em decorrência da entrada de energia no sistema.

 Variação de entalpia em uma mudança de fase

Uma mudança de fase a pressão constante envolve a troca de calor com o ambiente. A solidificação da água, por exemplo, é um processo exotérmico. Quando 1 mol de água líquida passa para a fase sólida, a pressão constante, o sistema perde 6,01 quilojoules de energia, ou seja, o sistema sofre uma variação de entalpia de -6,01 kJ.

 Variação de entalpia em reações químicas

→ Processo químico exotérmico (reação química exotérmica)

Quando uma reação exotérmica acontece, o sistema, formado pelos participantes dessa reação, libera calor para as vizinhanças (meio ambiente).

Ex:

Quando 1 mol de hidrogênio gasoso reage, a pressão constante, com meio mol de oxigênio gasoso para formar 1 mol de água líquida, ocorre a liberação de 285,8 KJ de energia (na forma de calor) para o meio ambiente.

→ Processo químico endotérmico (reação química endotérmica)

Quando uma reação endotérmica acontece, o sistema formado pelos participantes dessa reação absorve calor das vizinhanças (meio ambiente).

Ex:

Quando 1 mol de oxido de mercúrio solido se decompõe, a pressão constante, em 1 mol de mercúrio liquido e meio mol de oxigênio gasoso, ocorre a absorção de 90,7 KJ de energia (na forma de calor) do meio ambiente.

3. A Lei de Hess

Conhecer os valores de H permite aos químicos fazer uma série de previsões importantes, desde comparar combustíveis à energia que fornecem por unidade de massa de volume à quantidade de energia para manter certos processos durante reações exotérmicas.

Há reações difíceis de realizar na prática para conhecer o valor do H, por exemplo, algumas são explosivas ou muito lentas. A Lei de Hess permite fazer uma previsão do H, desde que disponha de alguns outros valores adequados.

 Novamente uma analogia com o saldo bancário

Supondo que duas operações financeiras foram feitas no mesmo dia. Uma delas foi o uso do cartão para uma compra de R$70,00 e a outra foi um depósito no valor de R$40,00.

Somando-se as variações é possível obtermos a variação monetária total:

- 70 + 40 = - 30

 A Lei de Hess