Fundamentos de Energia em Reações Químicas
Reações químicas e energias envolvidas:
1. Energia potencial (Ep) nas ligações químicas,
2. Energia cinética (Ec) no movimento das partículas,
3. Energia calorífica (entalpia, H) nas mudanças de estado e liberações de energia pelo sistema,
4. Energia luminosa na liberação de energia pelo sistema.
Verifica-se, experimentalmente, que nas reações químicas ocorrem variações de temperatura, isto é, as reações químicas são acompanhadas de variações de energia. A termoquímica ocupa-se do estudo quantitativo das variações térmicas que acompanham as reações químicas.
Uma transformação química representa o rearranjo de elétrons e núcleos de uma estrutura para formar uma nova estrutura. Essas modificações estruturais são acompanhadas de absorção ou desprendimento de energia sob várias formas.
Energia de um certo sistema é a capacidade de o sistema realizar trabalho. A energia se manifesta numa grande variedade de formas.
Em relação a um ponto de referência, podemos definir duas fundamentais: energia cinética, que é a energia dos corpos móveis, e a energia potencial elástica ou energia de posição.
Geralmente, as reações são feitas em recipiente abertos à pressão constante, e a energia que se manifesta é a energia térmica. As variações térmicas são facilmente determinadas e até com alta precisão.
Nessas determinações supõe-se o recipiente constituído de paredes adiabáticas, evitando-se a transmissão de calor.
Calor, Energia ou Entalpia de Reação: é a energia térmica liberada ou absorvida numa reação. O calor de reação mede a diferença de energia entre os reagentes e os produtos, desde que as substâncias inicias e finais esteja, todas, à mesma temperatura e à mesma pressão. O calor de reação é uma quantidade extensiva, isto é, é proporcional à quantidade de material participante da reação.
MECANISMO DE UMA REAÇÃO
Combustão de uma vela: parafina + pavio de algodão
1. Mudanças de estado da parafina, um fenômeno físico.
Parafina(S) + energia 1 => Parafina(l) + energia 2 => Parafina (g)
2. Combustão (queima) da parafina gasosa, um fenômeno químico.
Parafina (g) + O2(g) + energia 3 => CO2(g) + H2O(l) + energia 4
Energia 1: energia fornecida pela queima do pavio para a parafina absorver e derreter (fundir) passando para o estado líquido.
Energia 2: energia fornecida pela queima do pavio para a parafina líquida absorver e passar para o estado gasoso (vaporizar).
Energia 3: energia fornecida pela queima do pavio para a parafina gasosa absorver esta energia e começar a romper ligações entre seus átomos e se decompor quimicamente formando outras substâncias.
Energia 1+2+3: energia de ativação desta reação.
Energia
4: energia que sobra no balanço energético do processo de combustão e será liberada para fora do sistema, logo é uma reação Exotérmica.
MEDIDA DO CALOR DE REAÇÃO: as medidas absolutas de entalpia (energias) dos reagentes (sistema inicial) e produtos (sistema final) na prática não são possíveis pela dificuldade em se computar todas as contribuições de energia em um determinado sistema.
Por outro lado, durante uma reação química, as variações de entalpia (energias) podem ser facilmente medidas em um calorímetro a partir da energia térmica liberada ou absorvida.
O calor é uma forma de energia. Portanto, uma quantidade de calor pode ser medida em joule, quilojoule, ou ainda em:
Caloria (cal): uma caloria (cal) é a quantidade de calor necessária para fazer com que 1,0g de água tenha sua temperatura aumentada de 1,0°C.
Cada caloria corresponde a 4,18 joules.
Quilocalorias (kcal ou Cal) = 1.000 calorias
CALORÍMETRO
Equipamento para medida da energia de um processo.
No calorímetro, esta energia provoca alteração de temperatura em uma amostra de água de massa conhecida e, a partir desta variação, pode-se medir a variação de entalpia (DH) a partir da expressão: Q = m c Dt, onde
Q = é a quantidade de calor liberada ou absorvida pela reação. Esta grandeza pode ser expressa em caloria (cal) ou em Joules (J). O sistema Internacional de Medidas (SI) recomenda a utilização do Joule, no entanto, a caloria ainda é muito utilizada,
m = é a massa, em gramas, de água presente no calorímetro;
c = é o calor específico do líquido presente no calorímetro. Para a água, seu valor é 1 cal/g°C
Dt = é a variação de temperatura sofrida pela massa de água devido à ocorrência da reação. É medida em graus Celsius.
Basicamente um calorímetro é constituído de
um recipiente com paredes adiabáticas, contendo uma massa conhecida de água,
onde se introduz um sistema de reação.
O recipiente é provido de um agitador para uniformizar o calor gerado pelo processo na água e de um termômetro que mede a variação de temperatura ocorrida durante a reação.
O calor de reação costuma ser referido ao mol de substância formada ou decomposta e geralmente é medido à pressão constante.
Vídeo: calorímetro em laboratório mostrando a medida do calor de formação do gás carbônico ou de combustão completa do Carbono, conforme a equação abaixo.
C(grafite) + O2(g) => CO2(g) + 94,1 kcal DH = - 94,1Kcal/mol
VÍDEO: https://www.youtube.com/watch?v=Ddp4ZHt1CNw&t=4s
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