O que é o calor da reação?

O calor de reação ou entalpia de reação (ΔH) é a alteração na entalpia de uma reação química que ocorre a uma pressão constante (Anne Marie Helmenstine, 2014).

É uma unidade de medida termodinâmica útil para calcular a quantidade de energia por mole que é liberada ou produzida em uma reação.

Como a entalpia é derivada da pressão, volume e energia interna, que são todas as funções do estado, a entalpia também é uma função do estado (Rachel Martin, 2014).

ΔH, ou a mudança de entalpia emergiu como uma unidade de medida para calcular a mudança de energia de um sistema quando se tornou muito difícil encontrar a ΔU, ou mudança na energia interna de um sistema, medindo simultaneamente a quantidade de calor e trabalho trocados.

Dada uma pressão constante, a mudança de entalpia é igual ao calor e pode ser medida como ΔH = q.

A notação ΔHº ou ΔHº_r Em seguida, surge para explicar a temperatura e pressão precisas do calor de reação ΔH.

A entalpia de reação padrão é simbolizada por ΔHº ou ΔHºrxn e pode assumir valores positivos e negativos. As unidades para ΔHº são quilojoules por mole, ou kj / mol.

Conceito prévio para entender o calor da reação: diferenças entre ΔH e ΔHº_r.

Δ = representa a mudança na entalpia (entalpia dos produtos menos a entalpia dos reagentes).

Um valor positivo indica que os produtos têm maior entalpia ou que é uma reação endotérmica (é necessário calor).

Um valor negativo indica que os reagentes têm maior entalpia, ou que é uma reação exotérmica (o calor é produzido).

º = significa que a reação é uma mudança de entalpia padrão e ocorre a uma pressão / temperatura predefinida.

r = denota que essa mudança é a entalpia da reação.

O estado padrão: o estado padrão de um sólido ou líquido é a substância pura a uma pressão de 1 bar ou o que é o mesmo 1 atmosfera (105 Pa) e uma temperatura de 25 ° C, ou o que é o mesmo 298 K .

O ΔHº_r é o calor padrão de reação ou entalpia padrão de uma reação, e como ΔH também mede a entalpia de uma reação. No entanto, ΔHºrxn ocorre sob condições "padrão", o que significa que a reação ocorre a 25 ° C e 1 atm.

O benefício de uma medição de ΔH sob condições padrão reside na capacidade de relacionar um valor de ΔHº com outro, uma vez que ocorrem nas mesmas condições (Clark, 2013).

Calor de treinamento

O calor padrão de formação, ΔH_fº, de um produto químico é a quantidade de calor absorvida ou libertada da formação de 1 mole desse químico a 25 graus Celsius e 1 bar dos seus elementos nos seus estados normais.

Um elemento está em seu estado padrão se estiver em sua forma mais estável e em seu estado físico (sólido, líquido ou gasoso) a 25 graus Celsius e 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017).

Por exemplo, o calor padrão de formação de dióxido de carbono envolve oxigênio e carbono como reagentes.

O oxigênio é mais estável como moléculas de gás OU₂, enquanto o carbono é mais estável como grafite sólida. (A grafite é mais estável que o diamante sob condições padrão).

Para expressar a definição de outra maneira, o calor padrão de formação é um tipo especial de calor padrão de reação.

A reação é a formação de 1 mole de uma substância química de seus elementos em seus estados padrão sob condições padrão.

O calor padrão da formação também é chamado de entalpia padrão da formação (embora seja realmente uma mudança na entalpia).

Por definição, a formação de um elemento em si não produziria qualquer alteração na entalpia, de modo que o calor padrão de reação para todos os elementos é zero (Cai, 2014).

Cálculo da entalpia de reação

1- Cálculo Experimental

A entalpia pode ser medida experimentalmente pelo uso de um calorímetro. Um calorímetro é um instrumento onde uma amostra é reagida através de cabos elétricos que fornecem a energia de ativação. A amostra está em um recipiente cercado por água que é constantemente agitada.

Ao medir com uma mudança de temperatura que ocorre quando a amostra é reagida, e conhecendo o calor específico da água e sua massa, o calor liberado ou absorvido pela reação é calculado por meio da equação q = Cesp x m x ΔT.

Nesta equação q é calor, Cesp é o calor específico neste caso de água que é igual a 1 caloria por grama, m é a massa de água e ΔT é a mudança de temperatura.

O calorímetro é um sistema isolado que tem uma pressão constante, então ΔH_r= q

2- Cálculo teórico

A mudança de entalpia não depende do caminho particular de uma reação, mas apenas do nível geral de energia dos produtos e reagentes. A entalpia é uma função do estado e, como tal, é aditiva.

Para calcular a entalpia padrão de uma reação, podemos adicionar as entalpias padrão de formação dos reagentes e subtraí-la da soma das entalpias padrão de formação dos produtos (Boundless, S.F.). Disse matematicamente, isso nos dá:

ΔH_r° = Σ ΔH_fº (produtos) - Σ ΔH_fº (reagentes).

As entalpias das reações são geralmente calculadas a partir de entalpias de formação de reagentes sob condições normais (pressão de 1 bar e temperatura de 25 graus Celsius).

Para explicar este princípio da termodinâmica, vamos calcular a entalpia da reação para a combustão de metano (CH₄) de acordo com a fórmula:

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Para calcular a entalpia padrão de reação, precisamos procurar as entalpias de formação padrão para cada um dos reagentes e produtos envolvidos na reação.

Estes geralmente são encontrados em um apêndice ou em várias tabelas on-line. Para esta reação, os dados que precisamos são:

H_fCH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_fº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_fCO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_fº H₂O (g) = -284 kjoul / mol.

Note que, por estar em seu estado padrão, a entalpia de formação padrão para oxigênio gasoso é 0 kJ / mol.

Em seguida, resumimos nossas entalpias padrão de treinamento. Observe que, como as unidades estão em kJ / mol, precisamos multiplicar pelos coeficientes estequiométricos na equação de reação balanceada (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔH_fº (produtos) = ΔH_fCO₂ +2 ΔH_fº H₂O

Σ ΔH_fº (produtos) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

Σ ΔH_fº (reagentes) = ΔH_fCH₄ + ΔH_fº O₂

Σ ΔH_fº (reagentes) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Agora, podemos encontrar a entalpia padrão da reação:

ΔH_r° = Σ ΔH_fº (produtos) - Σ ΔH_fº (reagentes) = (- 962) - (- 75) =

ΔH_r° = - 887 kJ / mol.

Referências

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11 de junho). Entalpia de Definição de Reação. Retirado de thoughtco: thoughtco.com.
2. (S.F.). Entalpia Padrão de Reação. Recuperado do ilimitado: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11 de março). calor padrão de formação. Recuperado do Chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, maio). Várias definições de mudança de entalpia. Retirado de chemguide.co.uk: chemguide.co.uk
5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9 de fevereiro). Entalpia Padrão de Formação. Retirado de chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Como calcular entalpias de reação. Recuperado do sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7 de maio). Calor de reação. Retirado de chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.