O que é entalpia é qual sua relação com os conceitos de reações exotérmicas é endotérmicas

Entalpia é a quantidade de energia que uma substância que sofre reação possui. Ela calcula o calor de um sistema e é a maneira mais usada para descobrir se a reação química é exotérmica ou endotérmica.

Índice Show

• O que é Entalpia?
• Variação de Entalpia
• Lei de Hess
• Entalpia de formação
• Entalpia de ligação
• O que é termoquímica?
• Reações exotérmicas
• Reações endotérmicas
• Lei de Hess
• Questão de termoquímica

No caderno de Ciências da Natureza e suas tecnologias do ENEM, as questões de Química sempre são motivo de preocupação dos estudantes. Dentro dessa matéria, entender o que é Entalpia é essencial para responder questões que surgem sobre o tema.

Não deixe de conferir os exercícios sobre Entalpia!

Nesse artigo vamos falar sobre:

• O que é Entalpia;
• Variação de Entalpia;
• Tipos de Entalpia.

O que é Entalpia?

Entalpia é a grandeza física que mede a quantidade de energia dentro das substâncias que sofrem uma reação química. Ou seja, pode-se dizer que a entalpia calcula a quantidade de calor absorvido ou liberado em uma reação química. 

O cálculo da entalpia é o responsável por definir se uma reação química é endotérmica ou exotérmica:

• Reação Endotérmica: São reações ou mudanças de estado físico em que os reagentes absorvem calor;

• Reação Exotérmica: São reações ou mudanças de estado físico em que há a liberação de calor.

Essa energia estava contida nos reagentes da reação química, sendo proveniente da movimentação das moléculas, e, quando eles se transformaram em produtos, essa energia foi liberada em forma de calor. Essa quantidade específica de energia interna que cada substância tem é chamada de entalpia, e pode ser simbolizada pela letra H.

Variação de Entalpia

A variação da entalpia acontece quando há diferença entre a entalpia dos produtos e a dos reagentes, ou seja, o calor de uma reação é equivalente ao calor liberado ou absorvido nessa reação, e é simbolizado por ∆ H.

Lei de Hess

Desenvolvida pelo suíço Germain Henri Hess, a Lei de Hess afirma que a variação da entalpia deve ser calculada pela somatória das suas mudanças em etapas individuais.

Isso significa que há um cálculo específico que pode avaliar a quantidade de energia nas substâncias de um sistema depois de sofrerem suas próprias reações químicas. Portanto, a variação de entalpia não depende da quantidade de reações por que ela passou, precisa somente dos valores iniciais e finais de cada reação.

Em resumo, uma reação a variação de entalpia é a mesma, independente de qual seja a etapa em que a reação ocorre, sendo assim a variação da entalpia é a entalpia final (após a reação) menos a entalpia inicial (anterior a reação).

A variação da entalpia pode ser calculada através da seguinte fórmula:

A fórmula da variação da entalpia depende de alguns fatores, tais como:

• Temperatura;
• Pressão;
• Estado físico;
• Número de mol;
• Variedade alotrópica das substâncias.

Se o resultado for negativo, isso significa que a reação é exotérmica, pois o calor foi liberado e o valor da entalpia dos produtos é inferior à entalpia dos reagentes. Entretanto, se o resultado for positivo, isso significa que a reação é endotérmica, pois ao absorver energia a entalpia dos produtos é maior do que a dos reagentes. Sendo assim:

Diz respeito à quantidade de energia que é necessária para que um mol de substância, a pressão e a temperatura constante mude de estado físico.

Vale lembrar que mol é uma unidade de medida utilizada para expressar a quantidade de matéria microscópica, como átomos e moléculas. É estabelecido que 1 mol é igual a 6.02.1023 moléculas. Dentro deste tipo de entalpia se encontram vários subtipos:

Entalpia de vaporização: é a energia necessária para vaporizar um mol de substância, ou seja, passar do estado físico líquido para o estado gasoso. A energia absorvida está em forma de calor, ou seja, esse processo é endotérmico e o valor da entalpia sempre será positivo.

Entalpia de fusão: é energia que precisa ser consumida para que um mol de substância sofra a fusão, ou seja, passe do estado físico sólido para o estado líquido. Esse processo também é endotérmico, onde a energia absorvida está em forma de calor, por esse motivo, a entalpia também sempre será positiva.

Entalpia de combustão: é a energia liberada durante a combustão completa de um mol de substância à pressão e de temperatura constante. Essa reação que libera energia em forma de calor, ou seja, essa reação é exotérmica e a variação da entalpia é negativa.

Entalpia de solidificação: é quantidade de energia que necessita de ser liberada para que um mol de substância, a temperatura e a pressão constante, passe do estado físico líquido para o estado sólido. Esse processo também é exotérmico e o valor da entalpia é negativo.

Entalpia de formação

É a energia em forma de calor liberada ou absorvida na formação de um mol de substância a partir dos seus elementos correspondentes dos quais são substâncias simples. Nesse caso, a pressão e a temperatura também permanecem constantes e a entalpia é igual a zero.

Entalpia de ligação

É energia que precisa ser absorvida para quebrar 1 mol de de ligações no estado gasoso, em condições de pressão e temperatura constantes. Nesse caso, o valor da energia de ligação será o valor da variação de entalpia da reação. Como há a absorção de energia, trata-se de um processo endotérmico.

Além de aprender o que é Entalpia, você pode testar seus conhecimentos de outras matérias respondendo algumas questões que caíram em edições antigas do Exame em nosso simulado gratuito.

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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 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.