REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS

1. ESCOLA BÁSICA E SECUNDÁRIA DE VELAS Física e Química A – 11º ano Ano lectivo 2010/2011 REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS UNIDADE 1 – QUÍMICA E INDÚSTRIA: EQUILÍBRIOS E DESIQUILÍBRIOS 1.2. – REACÇÕES QUÍMCIAS - ASPECTOS QUANTITATIVOS E BALANÇOS ENERGÉTICOS

2. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Primeira Lei da Termodinâmica ou Princípio da Conservação de Energia, afirma que a energia de um sistema isolado é constante. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

3. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA • Nos sistemas isolados: • Numa reacção exotérmica há aumento de temperatura o que corresponde a um aumento da energia cinética; logo tem de haver uma diminuição da energia potencial. • Numa reacção endotérmica há diminuição de temperatura o que corresponde a uma diminuição da energia cinética; logo tem de haver um aumento da energia potencial. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

4. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Em sistemas fechados há troca de energia com o exterior, mas a soma da energia total do sistema com a energia do meio exterior é constante. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

5. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA As trocas de energia com o meio exterior podem ser feitas sob a forma de calor – Q - , de trabalho – W - , e ainda de radiação – R-. Por convenção, tudo o que entra no sistema é positivo e tudo o que sai é negativo. W >0 Q >0 Sistema Q < 0 W< 0 Trocas de energia entre um sistema e o meio exterior sob a forma de calor (Q) e de trabalho(W). Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

6. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO A energia transferida como calor entre o sistema reaccional e o meio exterior, à medida que a reacção decorre e de modo a que a temperatura do sistema não se altera, designa-se por calor de reacção. Designa-se por calor de reacção, (Q), a uma dada temperatura, a quantidade de calor trocada entre o sistema e o meio exterior, necessária para que a temperatura do sistema depois da reacção seja a mesma que no início da reacção. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

7. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO T2 > T1 T1 T1 Reacção exotérmica - Q Início da reacção A temperatura do sistema aumenta Para que a temperatura fique igual à inicial, há saída de calor para o meio exterior. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

8. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO T2 < T1 T1 T1 Reacção endotérmica + Q Início da reacção A temperatura do sistema diminui Para que a temperatura fique igual à inicial, há entrada de calor do meio exterior. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

9. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO Para além da energia interna, existem outras funções termodinâmicas que podem definir o estado de um sistema, estando todas relacionadas entre si. • Reacções que se realizam a volume constante, o calor da reacção define-se por QV. • Reacções que se realizam a pressão constante, o calor da reacção define-se por QP ou variação de entropia (H). Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

10. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO E Reagentes QP H < 0 Produtos da reacção Coordenada da reacção Numa reacção exotérmica, o sistema cede calor ao meio exterior. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

11. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DE REACÇÃO E Produtos da reacção H > 0 QP Reagentes Coordenada da reacção Numa reacção endotérmica, o sistema recebe calor do meio exterior. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

12. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS Uma equação termoquímica especifica o valor do calor de reacção, H, correspondente a uma determinada temperatura. EXEMPLO 1: Reacção de síntese do amoníaco – reacção exotérmica: Esta reacção indica que por cada mole de moléculas de amoníaco formado se libertam 45 KJ de energia. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

13. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS EXEMPLO 2: Reacção de síntese de monóxido de azoto – reacção endotérmica: Esta reacção indica que por cada mole de moléculas de monóxido de azoto formado é absorvida uma energia de 90,5 KJ de energia, a uma dada pressão. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

14. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DE REACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS • Na formação de uma ligação química há libertação de energia, chamada energia de ligação. • Na quebra de uma ligação há absorção de energia, chamada energia de dissociação. • Energia de ligação e energia de dissociação têm valores simétricos. Quanto mais forte é uma ligação química maior é a energia libertada quando essa ligação se forma e, consequentemente, maior será a energia absorvida na quebra dessa ligação. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

15. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DE RAEACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS O calor de reacção pode ser atribuído à variação de energia interna do sistema reaccional verificada aquando da quebra das ligações nos reagentes e da formação de novas ligações nos produtos da reacção. Exemplo da reacção de síntese de amoníaco Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

16. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DA REACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS • Em suma: • Existem dois factores que determinam se uma reacção é exotérmica ou endotérmica: • As forças relativas das ligações medidas pelas respectivas energias de ligação, • O número relativo de ligações quebradas e formadas. Nas reacções atérmicas (H =0), a energia absorvida na quebra de ligações é igual à energia libertada na formação de ligações. Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

17. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DE REACÇÃO E LILGAÇÕES QUÍMICAS PROPRIEDADES DAS EQUAÇÕES TERMOQUÍMICAS 1 – Invertendo a equação, H muda de sinal; Exemplo: 2 – Multiplicando ou dividindo os coeficientes estequiométricos por um dado valor, H é também multiplicado ou dividido por esse mesmo factor; Exemplo: 3 - Se uma equação termoquímica resultar da soma de duas ou mais equações (etapas), então, o H da equação geral é igual à soma dos H das várias etapas. Hglobal= H1 + H2 + … LEI DE HESS Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011

18. REACÇÕES QUÍMICAS E BALANÇOS ENERGÉTICOS CALOR DE REACÇÃO E LIGAÇÕES QUÍMICAS Segundo a Lei de Hess, o valor de H, para uma dada reacção global, é o mesmo quer a reacção seja directa ou se processe em etapas, ou seja, H de uma reacção só depende do estado inicial e do estado final do sistema. Exemplo de uma aplicação da Lei de Hess: Calcular o calor de reacção (H) para a reacção de combustão de metano a partir das equações parciais 1, 2 e 3 abaixo indicadas: A equação química que traduz a reacção de combustão do metano é: Física e Química A | 11º ano Ano Lectivo 2010/2011