Cálculo da variação da entalpia

O cálculo da variação da entalpia de uma reação química é realizado pela subtração da entalpia dos produtos pela entalpia dos reagentes.

A variação da entalpia segue dos reagentes para os produtos

O cálculo da variação da entalpia (ΔH) é um procedimento matemático que utiliza as entalpias de cada um dos participantes de uma reação química para determinar a quantidade de energia que foi absorvida ou liberada por um processo químico qualquer.

Considere a equação abaixo:

A + B → C + D

Para realizar o cálculo da variação da entalpia dessa reação, é necessário conhecer as entalpias de cada um dos participantes (reagentes e produtos):

H_A = Entalpia da substância A
H_B= Entalpia da substância B
H_C= Entalpia da substância C
H_D = Entalpia da substância D

Tendo conhecimento sobre a entalpia de cada um dos participantes da reação, basta utilizar os valores na expressão matemática de subtração que representa a variação da entalpia, que é:

ΔH = Hp – Hr

Para essa reação, temos que:

Hp = Soma da entalpia dos produtos.

No caso da reação representada no Hp, temos a soma das entalpias dos produtos C e D, sempre respeitando as quantidades estequiométricas, logo:

Hp = c.H_C + d.H_D

Hr = Soma da entalpia dos reagentes.

No caso da reação representada no Hr, temos a soma das entalpias dos reagentes A e B, sempre respeitando as quantidades estequiométricas, logo:

Hr = a.H_A + b.H_D

Vamos ver agora alguns exemplos de cálculo da variação da entalpia de reações:

Exemplo 1: (FePeCS-DF) O metanol é um líquido, inflamável e perigoso, que apresenta efeito tóxico no sistema nervoso, particularmente no nervo óptico. Essa substância pode ser preparada através da hidrogenação controlada do monóxido de carbono, em uma reação que se processa sob pressão e em presença de um catalisador metálico. Com base na tabela de calores-padrão de formação a seguir, calcule a variação da entalpia do processo.

CO + H₂ → CH₃OH

Resolução:

Dados fornecidos pelo exercício:

H_CO = -110 kJ/mol

H_CH3OH = -726 kJ/mol

ΔH = ?

Primeiro passo: Analisar se a equação está ou não balanceada.

A equação da reação em questão não está balanceada, já que temos dois hidrogênios no reagente e quatro no produto. Por isso, devemos colocar o coeficiente 2 na frente da fórmula do H₂ para igualar a quantidade de hidrogênios.

CO + 2 H₂ → CH₃OH

Segundo passo: Calcular a entalpia dos reagentes (Hr):

Os reagentes dessa reação são o CO e o H₂ (que apresenta entalpia zero por ser uma substância simples mais estável). Assim sendo, temos que:

Hr = a.H_CO + b.H_H2

Hr = 1. (-110) + 2.0

Hr = -110 kJ.

Terceiro passo: Calcular a entalpia do produto:

O produto dessa reação é o CH₃OH apenas. Logo:

Hp = a.H_CH3O

Hp = 1. (-726)

Hp = -726 kJ.

Quarto passo: Por fim, basta aplicar o Hp e o Hr encontrados na fórmula para calcular a variação da entalpia:

ΔH = Hp – Hr

ΔH = -726 - (-110)

ΔH = - 616 kJ/mol

Exemplo 2: (UEL) A sacarose é um alimento importante para o ser humano. O metabolismo dos açúcares envolve reações que são as fontes de energia para que a célula possa realizar os trabalhos mecânico, elétrico e químico. O metabolismo de açúcares durante a respiração é representado pela reação de combustão:

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C₁₂H₂₂O_11(s) + 12O_2(g) → 12CO_2(g) + 11H₂O_(l)

Dados: H_C12H22O11 = −2222 kJ/mol; CO₂ = −394 kJ/mol; H₂O = −286 kJ/mol

Qual é a variação da entalpia para essa reação?

Resolução:

Dados fornecidos pelo exercício:

H_C12H22O11 = −2222 kJ/mol

H_CO2 = -394 kJ/mol

H_H2O = -286 kJ/mol

ΔH = ?

Primeiro passo: Analisar se a equação está ou não balanceada.

A equação da reação em questão está balanceada, logo, os participantes apresentam, respectivamente, os coeficientes 1, 12, 12 e 11.

1 C₁₂H₂₂O_11(s) + 12O_2(g) → 12CO_2(g) + 11H₂O_(l)

Segundo passo: Calcular a entalpia dos reagentes (Hr):

Os reagentes dessa reação são o C₁₂H₂₂O_11(s) e o O₂(que apresenta entalpia zero por ser uma substância simples mais estável). Logo, temos que:

Hr = a.H_C12H22O11 + b.H_O2

Hr = 1. (-2222) + 12.0

Hr = - 2222 kJ.

Terceiro passo: Calcular a entalpia do produto:

Os produtos dessa reação são CO₂ e H₂O. Assim, o Hp será escrito assim:

Hp = c.H_CO2 + d.H_H2O

Hp = 12. (-394) + 11.(-286)

Hp = -4728 – 3146.

Hp = -7874 kJ

Quarto passo: Por fim, basta aplicar o Hp e o Hr encontrados na fórmula para calcular a variação da entalpia:

ΔH = Hp – Hr

ΔH = - 3146 - (-2222)

ΔH = - 7874 + 2222) kJ/mol

ΔH = - 7874 + 2222 kJ/mol

ΔH = - 5652 kJ/mol

Exemplo 3: (Unimontes-MG) O carbeto de tungstênio (WC) reage com excesso de oxigênio, como mostra a equação a seguir, com o respectivo valor de variação de entalpia (ΔH) da reação, a 300 K.

WC(s) + 5/2O_2(g) → CO_2(g) + WO_3(g)

ΔH = -1196 kJ/mol

A partir dos ΔHs dos participantes CO₂ e WO₃, a 300 K, que são -393,5 kJ e -837,5 kJ, respectivamente, calcule o valor da entalpia de formação (ΔH_f) do WC.

Resolução:

Dados fornecidos pelo exercício:

H_WC = ?

H_CO2 = -393,5 kJ/mol

H_WO3 = -837,5 kJ/mol

ΔH = -1196 kJ/mol

Primeiro passo: Analisar se a equação está ou não balanceada.

A equação da reação em questão está balanceada, logo, os participantes apresentam o coeficiente 1, com exceção do O₂, que é 5/2.

1 WC(s) + 5/2O_2(g)→ 1 CO_2(g) + 1 WO_3(g)

Segundo passo: Calcular a entalpia dos reagentes (Hr):

Como um dos reagentes da reação terá sua entalpia calculada e o O₂ apresenta entalpia zero por ser uma substância simples mais estável, temos que:

Hr = a.H_WC + b.H_O2