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Termoquímica: o que é, reações químicas e entalpia

Hoje iremos falar sobre a termoquímica, reações químicas e entalpia, então, primeiramente a termoquímica é um ramo da química que estuda as transferências de energia que ocorrem durante as reações químicas.

Ela é fundamental para entender como as substâncias se transformam em novas substâncias e como a energia é liberada ou absorvida nesse processo.

Energia

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brasilescola.uol.com.br

Antes de mais nada, precisamos falar sobre energia. Energia é um conceito fundamental no contexto da termoquímica e das reações químicas.

No âmbito da física e da química, a energia é definida como a capacidade de realizar trabalho ou gerar mudanças em um sistema.

Ela está presente em diversas formas e pode ser convertida de uma forma para outra, mas nunca criada ou destruída.

A compreensão da energia é importante para:

  • Entender os conceitos de entalpia;
  • Variação de entalpia;
  • Reações exotérmicas e endotérmicas; e
  • Papel da energia na estabilidade e nas transformações das substâncias químicas.

Energia e a Termoquímica

Na termoquímica, a energia está relacionada às reações químicas e às transformações de substâncias. Durante as reações químicas, ocorrem alterações na energia do sistema, que podem ser liberadas ou absorvidas.

Além disso, essas mudanças energéticas são fundamentais para determinar a viabilidade e a direção das reações.

A energia térmica é uma forma de energia relacionada à temperatura e ao calor. Ela está diretamente ligada às reações químicas, pois as variações de temperatura influenciam a velocidade e a eficiência das reações.

Além disso, a energia térmica também está associada à entalpia, que é a quantidade total de energia contida em um sistema químico.

Além da energia térmica, existem outras formas de energia importantes na termoquímica, como:

  • Energia cinética (associada ao movimento das partículas);
  • Energia potencial (associada à posição ou configuração de um sistema); e
  • Energia de ligação (associada às forças que mantêm os átomos unidos em uma molécula).

Vamos explorar cada um desses conceitos?!

  1. Energia Térmica: A energia térmica está relacionada à temperatura e ao calor. Ela é uma forma de energia que está associada ao movimento das partículas em um sistema. Quanto maior a temperatura de um sistema, maior será a energia térmica presente nele. A energia térmica é transferida entre os objetos por meio de processos de condução, convecção e radiação. Nas reações químicas, a variação da energia térmica está diretamente relacionada à quantidade de calor absorvida ou liberada durante a reação.
  1. Energia Potencial: A energia potencial está associada à posição ou configuração de um sistema. Ela representa a capacidade de um objeto realizar trabalho com base em sua posição ou estado. Existem diferentes formas de energia potencial, como a energia gravitacional (associada à altura de um objeto em relação à superfície da Terra), a energia elástica (associada à deformação de um objeto elástico, como uma mola) e a energia elétrica (associada às cargas elétricas em um campo elétrico).
  1. Energia de Ligação: A energia de ligação é a energia necessária para quebrar as ligações químicas entre átomos em uma molécula. Também é a energia liberada quando novas ligações são formadas. As ligações químicas são forças atrativas que mantêm os átomos unidos em uma molécula. Diferentes tipos de ligações, como ligações covalentes, iônicas e metálicas, possuem diferentes níveis de energia de ligação. A energia de ligação é medida em unidades de energia por molécula, como quilocalorias por mol (kcal/mol) ou quilojoules por mol (kJ/mol).

A energia térmica, a energia potencial e a energia de ligação são conceitos fundamentais na química e estão inter-relacionados.

Por exemplo, nas reações químicas, a energia térmica pode ser convertida em energia potencial quando as ligações químicas são formadas ou quebradas.

A compreensão desses conceitos é essencial para o estudo das transformações químicas, incluindo a termoquímica, e também tem aplicações em outras áreas da ciência e da tecnologia.

Reações Químicas

Imagem com Reações Químicas
www.manualdaquimica.com

As reações químicas são transformações em que uma ou mais substâncias são convertidas em novas substâncias, através da quebra e formação de ligações químicas.

Durante essas reações, ocorrem trocas de energia, que podem ser classificadas em dois tipos: exotérmicas e endotérmicas.

  • Reações Exotérmicas: São aquelas em que há liberação de energia na forma de calor. Nesse tipo de reação, a energia dos reagentes é maior do que a energia dos produtos. Um exemplo comum é a combustão, como a queima de madeira, em que ocorre a liberação de calor.
  • Reações Endotérmicas: Nesse tipo de reação, há absorção de energia na forma de calor. A energia dos produtos é maior do que a energia dos reagentes. Um exemplo clássico de reação endotérmica é a dissolução de cloreto de amônio em água, em que ocorre a absorção de calor, resultando no resfriamento da solução.

Afinal, o que é Entalpia?

A entalpia é uma grandeza termodinâmica que representa a quantidade de energia térmica de um sistema.

Em termoquímica, a entalpia é usada para descrever a energia envolvida nas reações químicas. É representada pela letra “H” e é medida em unidades de energia, como joules (J) ou calorias (cal).

  • Variação de Entalpia (∆H): É a diferença entre a entalpia dos produtos e a entalpia dos reagentes em uma reação química. Ela pode ser positiva (endotérmica) quando há absorção de energia, ou negativa (exotérmica) quando há liberação de energia.
  • Lei de Hess: Essa lei estabelece que a variação de entalpia de uma reação química depende apenas dos estados inicial e final, não importando o caminho percorrido. Em outras palavras, a variação de entalpia é uma função de estado.

Calor de Reação e Calor de Formação

Imagem com Calor de Reação e Calor de Formação
www.mt.com

O calor de reação e o calor de formação são dois conceitos importantes na termoquímica, relacionados à quantidade de calor liberada ou absorvida durante as reações químicas.

Vamos explorar abaixo cada um desses conceitos:

  • Calor de reação: Conhecido como calor molar de uma reação, é a quantidade de calor liberada ou absorvida por uma determinada quantidade de reagente. É representado como “q” e é medido em joules ou calorias.
  • Calor de Formação: É o calor liberado ou absorvido quando uma substância é formada a partir de seus elementos constituintes, na sua forma padrão. É representado como ∆Hf e é uma medida da estabilidade da substância. O calor de formação padrão é definido para uma pressão de 1 atm e uma temperatura de 25°C.

Considerações Finais

Chegamos ao fim de mais um conteúdo, e chegamos a conclusão que a termoquímica é um ramo essencial da química, que nos permite compreender as trocas de energia envolvidas nas reações químicas.

Através do estudo do calor de reação, calor de formação e direção das reações, podemos explorar as transformações químicas de maneira mais profunda.

Além disso, esses conceitos são fundamentais para o desenvolvimento de tecnologias, sínteses químicas e avanços científicos.

Por fim, compreender a termoquímica nos permite desvendar os segredos energéticos que regem o mundo ao nosso redor.

Agora, se você gostou do conteúdo e quer testar seus novos conhecimentos adquiridos, que tal realizar alguns exercícios?!

Exercícios sobre Termoquímica, reações químicas e entalpia

Múltipla Escolha:

  1. Qual é o ramo da química que estuda as transferências de energia durante as reações químicas?
    a) Termoquímica
    b) Cinética química
    c) Química orgânica
    d) Química inorgânica
  2. O que ocorre em uma reação exotérmica?
    a) Absorção de energia
    b) Liberação de energia
    c) Formação de novos reagentes
    d) Quebra de ligações químicas
  3. O que é entalpia?
    a) Energia térmica de um sistema
    b) Quantidade de reagentes em uma reação
    c) Medida de estabilidade de uma substância
    d) Energia liberada na quebra de ligações químicas
  4. Qual é a unidade de medida da entalpia?
    a) Celsius
    b) Quilograma
    c) Joule
    d) Mol

Verdadeiro ou Falso:

  1. As reações exotérmicas liberam energia na forma de calor.
  2. A variação de entalpia depende apenas dos estados inicial e final de uma reação química.
  3. O calor de formação é a quantidade de calor liberada ou absorvida quando uma substância é formada a partir de seus elementos constituintes.
  4. O calor de formação padrão é definido para uma pressão de 2 atm e uma temperatura de 20°C.

Dissertativo:

  1. Explique o que são reações endotérmicas e dê um exemplo.
  2. Descreva a lei de Hess e seu significado na termoquímica.
  3. Explique o conceito de calor de formação e sua importância na termoquímica.
  4. Como a entalpia é medida e qual é sua unidade de medida?

Respostas

Exercícios de múltipla escolha

  1. a
  2. b
  3. a
  4. c

Exercícios de verdadeiro ou falso

  1. verdadeiro
  2. verdadeiro
  3. verdadeiro
  4. falso

Exercícios dissertativos

  1. Resposta: As reações endotérmicas são aquelas em que há absorção de energia na forma de calor. A energia dos produtos é maior do que a energia dos reagentes. Um exemplo comum é a dissolução de cloreto de amônio em água. Nessa reação, ocorre a absorção de calor, resultando no resfriamento da solução.
  2. Resposta: A lei de Hess estabelece que a variação de entalpia de uma reação química depende apenas dos estados inicial e final, não importando o caminho percorrido. Isso significa que a variação de entalpia é uma função de estado, ou seja, ela depende apenas das condições iniciais e finais dos reagentes e produtos, e não das etapas intermediárias da reação. Essa lei é fundamental na termoquímica, pois permite o cálculo da entalpia de uma reação com base em dados experimentais.
  3. Resposta: O calor de formação é o calor liberado ou absorvido quando uma substância é formada a partir de seus elementos constituintes, na sua forma padrão. Ele representa a quantidade de energia envolvida na formação de uma substância e está relacionado com a estabilidade dessa substância. O calor de formação padrão é definido para uma pressão de 1 atm e uma temperatura de 25°C. O conhecimento do calor de formação é importante na termoquímica, pois permite o cálculo da entalpia de uma reação com base nos calores de formação dos reagentes e produtos envolvidos.
  4. Resposta: A entalpia é medida em unidades de energia, como joules (J) ou calorias (cal). Ela é determinada experimentalmente através de calorimetria, que é a medição do calor envolvido em uma reação. Um calorímetro é utilizado para medir a quantidade de calor liberada ou absorvida durante uma reação. A entalpia é calculada a partir dessas medições, considerando a quantidade de substância envolvida e as variações de temperatura.
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