Como calcular a mudança de entalpia

A mudança de entalpia de uma reação é a quantidade de calor absorvida ou liberada à medida que a reação ocorre, se ela acontecer a uma pressão constante. Você completa o cálculo de maneiras diferentes, dependendo da situação específica e das informações disponíveis. Para muitos cálculos, a lei de Hess é a peça-chave de informação que você precisa usar, mas se você conhece a entalpia dos produtos e dos reagentes, o cálculo é muito mais simples.

TL; DR (muito longo; Não li)

Você pode calcular as mudanças na entalpia usando a fórmula simples: ∆H = H_produtos - H_reagentes

A definição precisa de entalpia (H) é a soma da energia interna (U) mais o produto da pressão (P) e do volume (V). Em símbolos, é:

H = U + PV

Uma mudança na entalpia (∆H) é, portanto:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Onde o símbolo delta (∆) significa "mudança para dentro". Na prática, a pressão é mantida constante e a equação acima é melhor mostrada como:

∆H = ∆U + P∆V

No entanto, para uma pressão constante, a mudança na entalpia é simplesmente o calor (q) transferido:

∆H = q

Se (q) for positivo, a reação é endotérmica (ou seja, absorve calor de seus arredores), e se for negativa, a reação é exotérmica (ou seja, libera calor em seus arredores). A entalpia tem unidades de kJ / mol ou J / mol, ou em geral, energia / massa. As equações acima estão realmente relacionadas à física do fluxo de calor e energia: termodinâmica.

A maneira mais básica de calcular a mudança de entalpia usa a entalpia dos produtos e dos reagentes. Se você conhece essas quantidades, use a seguinte fórmula para calcular a mudança geral:

∆H = H_produtos - H_reagentes

A adição de um íon sódio a um íon cloreto para formar cloreto de sódio é um exemplo de uma reação que você pode calcular dessa maneira. O sódio iônico tem uma entalpia de -239,7 kJ / mol, e o íon cloreto tem entalpia de -167,4 kJ / mol. O cloreto de sódio (sal de cozinha) tem uma entalpia de −411 kJ / mol. Inserir esses valores dá:

∆H = −411 kJ / mol - (−239,7 kJ / mol −167,4 kJ / mol)

= −411 kJ / mol - (−407,1 kJ / mol)

= −411 kJ / mol + 407,1 kJ / mol = −3,9 kJ / mol

Portanto, a formação de sal libera quase 4 kJ de energia por mol.

Quando uma substância muda de sólida para líquida, de líquida para gasosa ou de sólida para gasosa, há entalpias específicas envolvidas nessas mudanças. A entalpia (ou calor latente) de fusão descreve a transição do sólido para o líquido (o inverso é menos este valor e é chamado de entalpia de fusão), a entalpia de vaporização descreve a transição do líquido para o gás (e o oposto é a condensação) e a entalpia de sublimação descreve a transição do sólido para o gás (o reverso é novamente chamado de entalpia de condensação).

Para a água, a entalpia de derretimento é ∆H_Derretendo = 6,007 kJ / mol. Imagine que você aqueça o gelo de 250 Kelvin até ele derreter e, em seguida, aqueça a água a 300 K. A mudança de entalpia para as peças de aquecimento é apenas o calor necessário, então você pode encontrá-lo usando:

∆H = nC∆T

Onde (n) é o número de moles, (∆T) é a mudança de temperatura e (C) é o calor específico. O calor específico do gelo é 38,1 J / K mol e o calor específico da água é 75,4 J / K mol. Portanto, o cálculo ocorre em algumas partes. Primeiro, o gelo deve ser aquecido de 250 K a 273 K (ou seja, -23 ° C a 0 ° C). Para 5 moles de gelo, isso é:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4,382 kJ

Agora multiplique a entalpia de fusão pelo número de moles:

∆H = n ∆H_Derretendo

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Os cálculos para vaporização são os mesmos, exceto com a entalpia de vaporização no lugar da de fusão. Por fim, calcule a fase final de aquecimento (de 273 a 300 K) da mesma forma que a primeira:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10,179 kJ

Some essas partes para encontrar a mudança total na entalpia para a reação:

∆H_total = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ

= 44,596 kJ

A lei de Hess é útil quando a reação que você está considerando tem duas ou mais partes e você deseja encontrar a mudança geral na entalpia. Afirma que a mudança de entalpia para uma reação ou processo é independente da rota pela qual ela ocorre. Isso significa que se a reação se transformar em uma substância em outra, não importa se a reação ocorre em uma etapa (os reagentes tornam-se produtos imediatamente) ou se passa por várias etapas (os reagentes tornam-se intermediários e, em seguida, tornam-se produtos), a alteração de entalpia resultante é a mesma em ambos os casos.

Geralmente ajuda desenhar um diagrama (consulte Recursos) para ajudá-lo a usar essa lei. Um exemplo é se você começar com seis moles de carbono combinados com três de hidrogênio, eles queimam para se combinar com o oxigênio como uma etapa intermediária e então formam o benzeno como um produto final.

A lei de Hess afirma que a mudança na entalpia da reação é a soma das mudanças na entalpia de ambas as partes. Neste caso, a combustão de um mol de carbono tem ∆H = −394 kJ / mol (isso acontece seis vezes na reação), a mudança na entalpia para a combustão de um mol de gás hidrogênio é ∆H = −286 kJ / mol (isso acontece três vezes) e os intermediários de dióxido de carbono e água tornam-se benzeno com uma mudança de entalpia de ∆H = +3,267 kJ / mol.

Pegue a soma dessas mudanças para encontrar a mudança total de entalpia, lembrando-se de multiplicar cada uma pelo número de moles necessários no primeiro estágio da reação:

∆H_total = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol