Entalpias

Entalpia padrão de formação de uma substância

Também chamada de calor de formação, a entalpia de formação é o calor liberado ou absorvido numa reação que forma 1 mol de uma substância simples no seu estado padrão.

Representação:

  

Exemplo: Um estudante de química deseja obter o valor da entalpia de 1 mol de água, e dispõe dos dados expressos na equação a seguir. Qual o cálculo ele deve fazer?

H_2(g) + ½ O_2(g) –> H₂O_(l) ΔH°f = -68kcal/mol

Resolução: Nesse caso, os reagentes são duas substâncias simples no estado padrão e em condições normais de temperatura e pressão (25°C e 1 atm), tendo, assim, entalpia igual a zero. Sabe-se também que a entalpia de formação da água é de -68kcal/mol. Para calcular a variação de entalpia (ΔH), é utilizada a fórmula:

ΔH = H_produtos – H_reagentes

Substituindo os valores da fórmula temos:

-68,4 kcal = HH2O – (HH2 + HO2)

-68,4 kcal = HH2O – 0

HH2O = 68kcal

Logo, a entalpia de 1 mol água é de 68kcal, e a reação de formação da água é exotérmica (libera energia), já que a entalpia dos reagentes é maior que a entalpia dos produtos, por isso o ΔH é negativo.

Entalpia de neutralização

É a variação de entalpia, ou seja, quantidade de calor liberada verificada na neutralização total de hidrogênio ionizável (H+) por um mol de hidroxila dissociada admitindo-se todos os participantes em diluição total ou infinita (ponto de diluição total), a 25°C e 1atm.

 Observações:

– Reação de neutralização é uma reação entre um ácido e uma base produzindo sal e água.

– Neutralização total é aquela cujo sal formado não apresenta na sua estrutura hidrogênio ionizável ou hidroxila dissociável.

– Toda vez que a neutralização for proveniente de um ácido forte ou uma base forte, o ∆H é praticamente constante e vale – 13,7kcal/mol ou – 57,7kJ/mol. 

Exemplos:

HCl(aq) + NaOH(aq) →  NaCl(aq) + H2O(l)  ∆Hneutralização = -57,7 kJ ou 13,8 kcal

HBr(aq) + NaOH(aq) →  NaBr(aq) + H2O(l)  ∆Hneutralização = -57,7 kJ ou 13,8 kcal

½ H2SO4(aq) + KOH(aq) →  ½ K2SO4(aq) + H2O(l)  ∆Hneutralização = -57,7 kJ ou                     13,8kcal

Em todos esses casos a entalpia de neutralização tem o mesmo valor de -57,7 kJ, pois como são ácidos e bases fortes, a ionização dos ácidos e a dissociação das bases ocorre de forma completa. Isso significa que em meio aquoso eles fornecem 100 % de íons H+ e OH-. Assim, em todos os casos a formação da água se dará através da única reação responsável pela manifestação de calor, descrita abaixo:

H+(aq)  + OH-(aq)→ H2O(l)

No entanto, se a reação de neutralização ocorre com a presença de uma base ou de um ácido fracos, o valor do calor liberado será menor do que o ∆Hneutralização = -57,7 kJ. Isso ocorre porque parte da energia liberada é usada também para ionizar mais ácido (se o ácido for fraco), ou para dissociar mais base (se a base for fraca).

Energia de ligação

Para formar as mais diversas substâncias que nos cercam, ligações químicas são quebradas e outras são estabelecidas por meio das reações. À quantidade de energia envolvida no rompimento de 1 mol de ligações químicas entre átomos numa temperatura de 25°C e pressão de 1 atmosfera damos o nome de entalpia de ligação ou energia de ligação.

A quebra das ligações dos reagentes é sempre um processo endotérmico, ou seja, necessita de calor para que aconteça. Já o rearranjo dos átomos para formar novas moléculas é um processo exotérmico, libera energia. Portanto, o cálculo da variação de entalpia (ΔH) é dado pela diferença de energia liberada na formação das ligações dos produtos pela energia absorvida no rompimento das ligações dos reagentes. Observe:

H₂ + Cl₂ –> 2HCl

Nessa reação, uma molécula de gás hidrogênio e uma de gás cloro são quebradas entre si e unidas depois para formar o ácido clorídrico. Através de experiências em laboratório determinou-se que a entalpia de ligação do hidrogênio (H-H) é de 104 kcal/mol, do cloro (Cl-Cl) é 58 kcal/mol e do ácido clorídrico (H-Cl) é de -103 kcal/mol. O cálculo é expresso assim:

ΔH = 2 HCl – (H₂ + Cl₂)

ΔH = 2 (-103) – 104 + 58

ΔH = -206 – 162

ΔH = – 44 kcal/mol

Logo, a entalpia de ligação de um mol de HCl é de 22 kcal/mol (o resultado acima é dois mols de HCl). Nessa reação, a ligação mais forte é a do H-H, pois é a que carece de maior quantidade de energia para ser quebrada.

Tabela com os valores das energias de algumas ligações mais comuns

Generalizações

Primeira: É comum aparecerem outros casos particulares de entalpia ou calor de reação. De modo geral, o ΔH assume o nome da própria reação. Por exemplo:

CH₂  =  CH₂ (g)  +  H₂ (g)   –>    CH₃ - CH₃

Essa reação se chama reação de hidrogenação; consequentemente, seu ΔH é chamado de entalpia (ou calor) de hidrogenação. Por isso podemos ouvir falar em entalpia de polimerização, de hidratação, etc.

Segunda: Frequentemente ouvimos falar em energias postas em jogo em processos eletrônicos, como energia de ionização, que é a variação de entalpia na retirada de um elétron da última camada eletrônica de um átomo no estado gasoso, a 25°C e 1 atm. É usual expressar a energia por mol de átomos, como:

Na⁰ (g)  –>  Na⁺ (g)  +  e^-    ΔH = +501,5 kj/mol

Al⁰ (g)    –>  Al⁺ (g)  +  e^-    ΔH = +583,1 kj/mol

Evidentemente, a retirada dos elétrons seguintes exigirá maior energia.

Usamos os nomes primeira, segunda ou terceira energia de ionização, conforme se considere a retirada do primeiro, segundo ou terceiro elétron, e assim por diante.

Postado por Anne Borges