O que é o calor da reação?
O calor de reação ou entalpia de reação (ΔH) é a mudança na entalpia de uma reação química que ocorre a uma pressão constante (Anne Marie Helmenstine, 2014).
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 ficou 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 ΔHºr surge então para explicar a temperatura e pressão precisas do calor da 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 (o calor é necessário).
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 ΔHºr é o calor de reação padrão ou a entalpia padrão de uma reação e, como ΔH, também mede a entalpia de uma reação. No entanto, ΔHºrxn ocorre em 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 f º, de uma substância química é a quantidade de calor absorvida ou liberada da formação de 1 mole dessa substância química a 25 graus Celsius e 1 barra de seus elementos em seus estados padrão.
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 O 2, enquanto o carbono é mais estável como grafite sólida. (Grafite é mais estável que 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 é também 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 ao reagir a amostra, e sabendo o calor específico da água e sua massa, o calor que libera ou absorve a reação é calculado pela equação q = Cesp xmx 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 de energia global 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, SF). Disse matematicamente, isso nos dá:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (produtos) - H ΔH f º (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 do metano (CH 4 ) de acordo com a fórmula:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (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 são geralmente encontrados em um apêndice ou em várias tabelas online. Para esta reação, os dados que precisamos são:
Hf ° CH4 (g) = -75 kjoul / mol.
HfO2 (g) = 0 kjoul / mol.
Hf CO2 (g) = -394 kjoul / mol.
Hf H2O (g) = -284 kjoul / mol.
Note que, por estar em seu estado padrão, a entalpia padrão de formação 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, SF).
H ΔH f º (produtos) = ΔH f º CO 2 + 2 ΔH f º H 2 O
H ΔH fº (produtos) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
H ΔH f ((reagentes) = ΔH f CH CH 4 + ΔH f O O 2
H ΔH fº (reagentes) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjul / mol) = -75 kjoul / mol
Agora, podemos encontrar a entalpia padrão da reação:
ΔH r ° = Σ ΔH fº (produtos) - H ΔH fº (reagentes) = (- 962) - (- 75) =
ΔHr = = 887kJ / mol.
