Introdução à termoquímica

TERMOQUÍMICA

A Termoquímica estuda a energia térmica liberada ou absorvida nos processos químicos.

Os processos que ocorrem com liberação de calor são denominados exotérmicos e os processos que absorvem calor são denominados endotérmicos.

v  Calor de Reação - Entalpia.

O calor liberado ou absorvido numa reação química é denominado calor de reação. O calor de reação provém da diferença do conteúdo energético interno dos reagentes (estado inicial) e produtos (estado final).

Na termodinâmica, este conteúdo energético que os reagentes e produtos possuem é denominado de ENTALPIA (H). A diferença entre os conteúdos energéticos (Hp - Hr) entre os reagentes e produtos é denominada de variação de entalpia (DH), desde que a reação ocorra sobre pressão constante.

DH = Hp – Hr

Uma reação que ocorre com liberação de calor é denominada de exotérmica e pode ser representada por:

A + B → C + calor

ou

                                A + B → C       DH < 0 (negativo)

Exemplo: C_(s) + O_2(g) → CO_2(g) + 393 kJ

       

                C_(s) + O_2(g) → CO_2(g)         DH = -393 KJ

Uma reação que ocorre com absorção de calor é denominada de endotérmica e pode ser representada por:

A + B + calor → C

ou

A + B → C          DH > 0 positivo)

Exemplo: 2 C_(s) + H_2(g) → C₂H2_(g) - 227 kJ

               2 C_(s) + H_2(g) → C₂H2_(g)           DH = +227 KJ

v  Equação Termoquímica

É a representação de uma reação química em que está especificado:

- o estado físico de todas as substâncias.

- o balanceamento da equação.

- a variação de calor da reação (DH).

- variedade alotrópica quando existir.

- as condições físicas que ocorrem a reação, ou seja, temperatura e pressão.

Lista de Exercícios – Dispersões

1. (UNICAMP-SP) Hoje em dia, com o rádio, o computador e o telefone celular, a comunicação entre pessoas à distância é algo quase que "banalizado". No entanto, nem sempre foi assim. Por exemplo, algumas tribos de índios norte americanas utilizavam códigos com fumaça produzida pela queima de madeira para se comunicarem à distância. A fumaça é visível devido à dispersão da luz que sobre ela incide.

a) Considerando que a fumaça seja constituída pelo conjunto de substâncias emitidas no processo de queima da madeira, quantos "estados da matéria" ali comparecem? Justifique.

b) Pesar a fumaça é difícil, porém, "para se determinar a massa de fumaça formada na queima de uma certa quantidade de madeira, basta subtrair a massa de cinzas da massa inicial de madeira". Você concorda com a afirmação que está entre aspas? Responda sim ou não e justifique.

Resposta

a) Dois "estados da matéria", pois a fumaça é uma dispersão coloidal de fuligem (carbono sólido) em gases liberados na combustão (CO2, CO, H2O, etc..).

b) Não. De acordo com a Lei de Lavoisier, num sistema fechado, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos. Neste caso o sistema está aberto e não se leva em conta a massa de oxigênio, presente no ar, que vai reagir com a madeira.

2. (UFMG-MG) Uma colher de chá contendo sal de cozinha foi adicionada a um copo com 250 mL de água a 25°C. O sistema foi agitado até completa dissolução do sal.  Com relação à solução resultante, todas as alternativas estão corretas, EXCETO:

a) ela é eletricamente neutra.

b) ela é eletrolítica.

c) ela é homogênea.

d) ela é incolor.

e) ela é saturada.

Resposta (E)

a) Verdadeira, pois na solução a quantidade de cargas positivas é igual a de cargas negativas.

b) Verdadeira, pois o sal é um composto iônico e dissolvido em água conduz eletricidade.

c) Verdadeira, apresenta uma única fase.

d) Verdadeira, é transparente.

e) Falsa, pois será insaturada.

3. (Fuvest-SP) 160 g de uma solução aquosa saturada de sacarose a 30°C são resfriados a 0°C. Quanto do açúcar cristaliza?

a) 20 g

b) 40 g

c) 50 g

d) 64 g

e) 90 g

Resposta (A)

O enunciado disse que temos 160g de solução, ou seja, água + sacarose. Então, vamos descobrir quanto de sacarose há nesta solução.

Pelo quadro sabemos que a 30° C 220g de sacarose se dissolve em 100g de água (320g de solução).

320 g de solução ---------------------- 220 g de sacarose 
160 g de solução ---------------------- x g de sacarose 
x = 160 . 220 / 320 = 110 g de sacarose. 

Se temos 110g de sacarose, 50g corresponde a água (160-110).

Agora, vamos calcular a quantidade de sacarose que pode ser dissolvida em 50 g de água a 0°C.
100 g de água ---------------------- 180 g de sacarose 
50 g de água ------------------------ x g de sacarose 
x = 50 x 180 / 100 = 90 g de sacarose. 

No início tínhamos 110 g de sacarose e 90g ficarão dissolvidos na solução. Portanto, deverá ocorrer a precipitação de 20 g de sacarose.

Dispersões

Todo tipo de mistura existente no mundo é uma DISPERSÃO. Ela é formada por um disperso (soluto) e um dispergente (solvente). O soluto é o que será dissolvido e o solvente é o que vai dissolver. Por exemplo, se eu adicionar uma colher de sal em um copo de água, o sal será o soluto e a água será o solvente.

Agora, toda mistura tem o mesmo aspecto? A resposta é NÃO! Olhem as figuras abaixo. 

           

Para classificar as misturas utilizamos o tamanho das partículas dispersas, ou seja, o soluto. Dessa forma, classificamos as dispersões em: soluções verdadeiras, dispersão coloidal e suspensões.

 

Tipo de Dispersão	Tamanho do disperso
Soluções verdadeiras	Menor que 1 nm
Dispersão coloidal ou colóide	Entre 1 nm até 1000 nm
Suspensões	Acima de 1000 nm

 Obs: 1 nm (nanômetro) equivale a  10 ^-9 m. 

SOLUÇÕES VERDADEIRAS

São sistemas homogêneos de duas ou mais substâncias. As partículas do soluto apresentam até 1 nm de diâmetro. As partículas do soluto não sedimentam e não podem ser separadas pelo processo de filtração.

Exemplos: açúcar na água, sal de cozinha na água, álcool hidratado.

COLÓIDES

Apesar dos colóides parecerem homogêneos a olho nu, a nível microscópico são heterogêneos. Isto porque não são estáveis e quase sempre precipitam.

Exemplos: maionese, shampoo, leite de magnésia, neblina, gelatina na água, leite, creme.

SUSPENSÃO

São misturas heterogêneas com grandes aglomerados de átomos, íons e moléculas.

Exemplos: terra suspensa em água, fumaça negra (partículas de carvão suspensas no ar).

Coeficiente de solubilidade

Coeficiente de solubilidade é representado pela sigla Cs, e consiste na quantidade máxima de um soluto sólido, que pode ser dissolvido em certa quantidade de um solvente, em dada temperatura.

O Cs é uma grandeza determinada experimentalmente e apresentada em tabelas.

Por exemplo:

                               NaCl → Cs = 36g/100g de água, à 20°C

                               CaSO₄ → Cs = 0,2g/100g de água, à 20°C

                               KNO₃ → Cs = 13,3g/100g de água, à 20°C

 Classificação das Soluções de acordo com o Coeficiente de Solubilidade (Cs)

Tomando-se como base o Cs as soluções podem ser:

(Nos exemplos foram utilizados o Coeficiente de solubilidade do NaCl à 20°C)

•   INSATURADAS: m _{(soluto dissolvido)} < Cs

 Ex: 3,0g de NaCl/100g de água, à 20°C (diluída)

      30g de NaCl/100g de água, à 20°C (concentrada)

•        SATURADAS: m _{(soluto dissolvido)} = Cs

Ex: 36g de NaCl/100g de água, à 20°C

•        SUPERSATURADAS: m _{(soluto dissolvido)} > Cs

Ex: 38g de NaCl/100g de água, à 20°C

CURVAS DE SOLUBILIDADE

São os gráficos que apresentam a variação dos coeficientes de solubilidade em função da temperatura. A tabela abaixo representa os coeficientes de solubilidade do KNO₃ /100g.

- Em cima da curva de solubilidade, a solução é saturada.
- Acima da curva de solubilidade, a solução é supersaturada.
- Abaixo da curva de solubilidade, a solução é insaturada.

Dissolução endotérmica e exotérmica

Solubilidade dos gases em líquidos

Os gases são pouco solúveis nos líquidos, no entanto sua solubilidade pode ser favorecida por dois fatores:

• Temperatura: a diminuição da temperatura aumenta a solubilidade do gás no líquido.
• Pressão: a influência da pressão na solubilidade dos gases é descrita pela Lei de Henry: "Em temperatura constante, a solubilidade de um gás num líquido é diretamente proporcional à pressão".