Termoquímica: reações endotérmicas e exotérmicas

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!

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 O_{2 (g)} → 1 CO_{2 (g)}   ∆H = ?

De forma que as etapas químicas são:

C_(grafita) + ½ O_{2 (g)} → CO_(g) ∆H₁ = -26,4 kcal

C_(grafita) + O_{2 (g)} → CO_{2 (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 O_{2 (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) + O_{2 (g)} → CO_{2 (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 O_{2 (g)} → 1 CO_{2 (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 O_{2 (g)} → 1 CO_{2 (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.

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