Entalpia de formação padrão: Explicação e cálculos

Energia das reações químicas

Algumas reações químicas são muito enérgicas. Um ótimo exemplo é a reação termite. Esta é uma reação química clássica que a TV e os cineastas adoram usar porque é muito dramática. Na verdade, os criadores de Breaking Bad o usaram para destruir a fechadura de uma porta de armazém.

Esta reação química é bastante simples. O pó de alumínio e o óxido de ferro reagem juntos para formar óxido de alumínio e ferro fundido. É uma reação espetacular, altamente exotérmica, em que muito calor é liberado.

Agora, tecnicamente falando, essa reação não é explosiva porque nenhum gás é formado. Mas é tão enérgico que produz temperaturas localizadas muito altas. Nas quantidades corretas, certamente é possível criar calor suficiente para derreter uma fechadura, embora possa facilmente colocar fogo na porta e nos arredores ao mesmo tempo!

Uma ótima pergunta que você pode fazer é quanta energia é necessária para derreter e destruir uma fechadura. Não que eu esteja sugerindo que você faça isso de verdade, mas é divertido saber em teoria. Para responder a essa grande pergunta, precisamos descobrir a mudança de energia, ou entalpia, da reação.

Nesta lição, aprenderemos uma maneira de calcular a mudança de entalpia de reações químicas usando entalpias de formação padrão.

Entalpia de Formação Padrão

A entalpia padrão de formação é definida como a mudança de entalpia quando 1 mol de composto é formado a partir de seus elementos sob condições padrão. As condições padrão são pressão de 1 atmosfera e 25 graus Celsius. O símbolo que você verá é delta H0f , onde o subscrito f representa formação e o pequeno 0 indica que são as condições padrão.

É importante saber que alguns livros-texto usam um termo diferente para entalpia de formação padrão, que é ‘calor de formação padrão’. São exatamente a mesma coisa, por favor, não se confunda. Esses termos são simplesmente intercambiáveis.

Você encontrará entalpias de formação padrão para compostos nas tabelas de dados de qualquer livro. Você nunca precisará se lembrar deles. Eu tenho uma mesa com apenas alguns deles aqui. As unidades são fornecidas em kJ / mol.

Composto	delta Hf (kJ / mol)	Composto	delta Hf (kJ / mol)
AgBr (s)	-100,4	Al2O3 (s)	-1676,7
CH4 (g)	-74,8	CO2 (g)	-393,5
Fe2O3 (s)	-824,2	H2O (l)	-285,8
NH3 (g)	-46,1	NaOH (s)	-425,6

Você descobrirá que a maioria das entalpias de formação são negativas. Isso significa que a formação da maioria dos compostos a partir de seus elementos é exotérmica.

Você notará na minha tabela e na maioria das tabelas de dados que os elementos não estão incluídos. Este é um ponto muito importante. Todos os elementos são atribuídos a 0,00 kJ / mol. Por duas razões. Em primeiro lugar, sabemos que não existe energia zero porque a energia não pode ser criada nem destruída. Portanto, precisamos ter um zero arbitrário com o qual possamos comparar tudo. Os elementos foram escolhidos como este zero arbitrário porque não fazemos elementos – fazemos compostos. Os elementos são encontrados naturalmente na Terra.

Calculando Mudança de Entalpia de Formação

Acabamos de aprender que existe um valor de entalpia quando os compostos são formados. Acontece que podemos usar isso para calcular a mudança na entalpia, delta H , para uma reação química.

Isso funciona porque a entalpia é uma propriedade do estado. Isso significa que não importa como chegamos lá; tudo o que importa é onde começamos e onde terminamos. Portanto, para qualquer reação, o delta H pode ser calculado imaginando que a reação ocorre em duas etapas.

1. Os reagentes são convertidos em elementos.
2. Os elementos são convertidos em produtos.

Isso significa que podemos descobrir a mudança de entalpia de qualquer reação usando esta equação muito útil:

Mudança de Entalpia

Não se assuste com os símbolos estranhos. O engraçado sinal E é apenas o símbolo para ‘a soma de’. Portanto, tudo o que estamos fazendo é somar todas as entalpias de formação dos produtos e, em seguida, subtrair todas as entalpias de formação dos reagentes.

Ok, então vamos voltar à nossa reação termite e calcular a mudança de entalpia de reação usando entalpias de formação.

Aqui temos a equação química balanceada para a reação termite. 2 moles de alumínio reagem com 1 mol de óxido de ferro, formando 2 moles de ferro e 1 mol de óxido de alumínio.

Reação Thermite

Vamos trazer de volta nossa tabela de entalpias de formação. Novamente, você nunca precisará memorizá-los porque você sempre pode procurá-los. Além disso, vamos trazer de volta nossa equação de entalpia de reação de antes.

Agora podemos iniciar o cálculo. Lembre-se de que dissemos que os elementos em seus estados padrão podem ser ignorados, porque suas entalpias de formação são zero. Então, podemos tirá-los.

Podemos escrever, de maneira simples, que a variação na entalpia é igual à formação delta H do óxido de alumínio menos a formação delta H do óxido de ferro. Olhando para a tabela, localizamos nossos compostos e inserimos os números na equação.

Agora temos 1 mol em -1675,7 kJ / mol como nossa soma de produtos, menos 1 mol em -824,2 kJ / mol como nossa soma de reagentes. Isso equivale a uma entalpia de reação de -851,5 kJ.

Uau, essa é uma reação muito exotérmica e muito calor é produzido. E isso é por apenas uma toupeira! Você pode imaginar como isso seria espetacular com ainda mais? Certamente calor suficiente para derreter e destruir a fechadura, ou mesmo queimar a porta do armazém!

Resumo da lição

Nesta lição, você aprendeu que a entalpia padrão de formação é definida como a mudança de entalpia quando 1 mol de composto é formado a partir de seus elementos sob condições padrão. Quando falamos sobre condições padrão , queremos dizer que os elementos estão a uma pressão atmosférica e 25 graus C. Um pequeno sinal de grau é usado para mostrar que estamos em condições padrão. A entalpia de formação de todos os elementos nas condições padrão é zero. Finalmente, sabemos que a entalpia é uma propriedade do estado, então podemos usar entalpias de formação para calcular a mudança de entalpia para qualquer reação química.

Resultados de Aprendizagem

Você deve ser capaz de fazer o seguinte após esta lição:

• Definir entalpia padrão de formação
• Identifique as condições padrão e a entalpia de formação dos elementos
• Explicar como usar entalpias de formação para calcular a mudança de entalpia para uma reação química