Você sabia que as reações químicas podem liberar energia, e inclusive gerar calor? E que as transformações de estado físico estão relacionadas com o trânsito de energia entre diferentes entidades físicas e químicas? Para entender esses fenômenos, existe um ramo científico chamado de termoquímica, que aparece no Enem e vestibulares.
Para te ajudar a entender essas relações, a Coruja reuniu as principais informações termoquímicas que podem aparecer em questões de prova e construiu este artigo. Ao final, encontre a resolução de um exercício sobre o tema, que pode te ajudar na construção do raciocínio durante seu vestibular. Confira a seguir!
Navegue pelo conteúdo
O que é termoquímica?
A termoquímica estuda as relações energéticas e físico-químicas existentes nas transformações de substâncias. Isso porque as reações químicas e físicas estão sujeitas às variações de energia entre os produtos, os reagentes e o meio.
Na classificação, existem dois principais tipos de reações termoquímicas:
- reações exotérmicas: que liberam energia e calor; e
- reações endotérmicas: que utilizam/absorvem calor e energia.
Na construção do conhecimento termoquímico, é importante saber a definição de calor e as regras de transferência de energia: calor é a energia térmica em trânsito em um meio ou em um sistema físico-químico.
Para que isso aconteça, a energia térmica é transferida do corpo de maior temperatura para aquele de menor temperatura. Por exemplo, ao colocarmos um cubo de gelo em um copo com água em temperatura ambiente, observamos que a água líquida (mais quente) transfere seu calor para o gelo, que derrete.
A entalpia (H) é a grandeza responsável por mensurar a quantidade de energia em um sistema físico-químico. A variação de entalpia entre produtos e reagentes permite definir se uma reação é endotérmica ou exotérmica, entenda melhor nos tópicos seguintes.
Variação de Entalpia= Entalpia dos produtos – Entalpia dos reagentes
∆H= H produtos – H reagentes
Reações exotérmicas
Os processos físico-químicos que liberam calor e energia térmica são chamados de exotérmicos. Em uma representação esquemática:
reagentes ➡ produtos + energia
O principal exemplo de reações químicas exotérmicas são as reações de combustão, ou seja, toda combustão libera energia. Esse tipo de reação envolve um combustível (que na maioria das vezes, é o oxigênio) e um material comburente (que será queimado).
Em um carro, por exemplo, a gasolina reage com o oxigênio, liberando gás carbônico, água e grande quantidade de energia, que permite a movimentação do motor automotivo. Como na reação esquematizada abaixo:
2 C8H18 + 25 O2 ➡ 18 H2O + 16 CO2 + energia
Ao considerar a fórmula da variação de entalpia, é possível observar que, em reações exotérmicas, a energia dos produtos químicos é menor que a dos reagentes e, por isso, ∆H<0.
Reações endotérmicas
Por sua vez, as reações endotérmicas são aquelas que absorvem energia do meio para que aconteçam. Em termos esquemáticos:
reagentes + energia ➡ produtos
Nas situações em que um material recebe calor de outro, ocorre uma absorção de energia e a variação de entalpia é positiva (∆H>0). Ou seja, a energia utilizada na formação dos produtos é maior do que a fornecida pelos reagentes.
O exemplo supracitado com a pedra de gelo no copo de água representa um sistema endotérmico. O cozimento dos alimentos, a absorção de energia pela fotossíntese, além das mudanças de estado em que a temperatura do corpo aumenta são alguns modelos que podem ser citados.
Como você pode ver na figura abaixo, a mudança de estado físico pode representar processos endotérmicos:
Lei de Hess
A lei de Hess versa sobre a variação de entalpia em uma série de reações químicas. Ela diz que quando uma transformação química ocorre a partir de várias etapas diferentes, só importam os valores finais e iniciais de cada reação. Veja um exemplo, adaptado da questão da FGV:
Busca-se a variação de entalpia da transformação principal, que é:
1 CO (g) + ½ O2 (g) → 1 CO2 (g) ∆H = ?
De forma que as etapas químicas são:
C(grafita) + ½ O2 (g) → CO(g) ∆H1 = -26,4 kcal
C(grafita) + O2 (g) → CO2 (g) ∆H2 = -94,1 kcal
Para encontrar o ∆H, é necessário manipular a ordem dos produtos e reagentes nas etapas.
(I) Como o CO é um reagente da transformação principal, é necessário inverter a primeira reação e seu ∆H1:
CO(g) → C(grafita) + ½ O2 (g) ∆H’1 = + 26,4 kcal
(I) Considerando que CO2 é produto da transformação principal, percebe-se que ela deve manter seu sentido original:
C(grafita) + O2 (g) → CO2 (g) ∆H2 = -94,1 kcal
(III) Para finalizar esses cálculos, é importante somar as etapas e conferir se elas resultam na reação principal:
A partir das informações esquematizadas na figura, obtém-se as seguinte reação global:
1 CO (g) + ½ O2 (g) → 1 CO2 (g)
Por fim, o cálculo da variação de entalpia dessa reação é dado pela simples soma entre ∆H’1 e ∆H2.
1 CO (g) + ½ O2 (g) → 1 CO2 (g) ∆H = ?
∆H = ∆H’1 + ∆H2
∆H = + 26,4 + (- 94,1)
∆H = – 67,7 kcal
Observa-se portanto, que com a variação de entalpia das etapas é possível chegar a variação de entalpia de uma reação química global. No caso estudado, o processo é exotérmico e libera energia, uma vez que ∆H<0.
Questão de termoquímica
Depois de entender o raciocínio termoquímico com o exemplo anterior, treine sua lógica resolvendo a questão a seguir. Ao final, confira sua resposta com aquela proposta pelo Estratégia Vestibulares.
UNESP 2011
Diariamente podemos observar que reações químicas e fenômenos físicos implicam em variações de energia. Analise cada um dos seguintes processos, sob pressão atmosférica.
I. A combustão completa do metano (CH4) produzindo CO2 e H2O.
II. O derretimento de um iceberg.
III. O impacto de um tijolo no solo ao cair de uma altura h.
Em relação aos processos analisados, pode-se afirmar que:
a) I é exotérmico, II e III são endotérmicos.
b) I e III são exotérmicos e II é endotérmico.
c) I e II são exotérmicos e III é endotérmico.
d) I, II e III são exotérmicos.
e) I, II e III são endotérmicos.
As combustões são processos que liberam calor, com variação de entalpia negativa e classificadas como exotérmicas. Ou seja, I é exotérmico.
O derretimento de um iceberg requer a absorção de calor, assim II é um processo endotérmico.
A queda de um tijolo, com impacto, libera energia para o meio — e III é exotérmico.
Com essas informações, sabe-se que a alternativa correta é a letra B.
Assista uma aula grátis de termoquímica
Quer revisar os tópicos mais importantes de termoquímica? Veja essa aula gratuita do Estratégia Vestibulares, que aborda esse assunto de maneira objetiva e didática.
Quer estudar para o Enem e não sabe por onde começar? Conheça os cursos do Estratégia Vestibulares. Com eles você tem acesso a aulas, materiais e simulados exclusivos.
Para provar seu conhecimento sobre química, clique no banner abaixo e acesse nosso Banco de Questões completo, com mais de 250 mil perguntas com resolução!
Veja também:
- Quimiossíntese: entenda como funciona o processo
- Polímeros: conceito, classificação, propriedades e reações químicas
- Funções oxigenadas: conceitos, usos e exemplos
- Números quânticos: quais são e como determinar
- Ciclo do Nitrogênio: o que é, como funciona e sua importância
- Energia de ionização do Oxigênio e do Nitrogênio: qual a menor?
- Resolução Comentada Prova de Química Fuvest 2020
- Resolução da prova de Química da 2ª Fase da Fuvest 2020
