Cálculo da variação de entalpia

O cálculo da variação de entalpia é uma importante ferramenta matemática utilizada na Termoquímica para determinar se uma reação química é endotérmica (aquela que absorve calor) ou exotérmica (aquela que libera calor).

Para realizar o cálculo da variação da entalpia de qualquer processo químico, é necessário utilizar a seguinte expressão matemática:

ΔH = H_p - H_r

• ΔH é a sigla que representa a variação de entalpia;

• Hr é a sigla que representa a entalpia dos reagentes;

• Hp é a sigla que representa a entalpia dos produtos.

A realização do cálculo da variação da entalpia só é possível se o exercício ou o problema fornecer as entalpias de cada um dos participantes da reação. O exercício normalmente não fornece a entalpia de substâncias simples (formadas por apenas um elemento químico), pois, nesses casos, a entalpia é igual a zero.

É importante lembrar que existem elementos químicos que formam mais de um tipo de substância simples. Trata-se dos chamados alótropos. Nesses casos, apenas o alótropo mais estável apresenta entalpia igual a zero. Assim, se aparecer no exercício o alótropo menos estável, teremos acesso ao valor da sua entalpia. Veja os alótropos mais estáveis de alguns elementos químicos:

• Oxigênio: seu alótropo mais estável é o gás oxigênio (O₂);

• Fósforo: seu alótropo mais estável é o fósforo branco (P₄);

• Carbono: seu alótropo mais estável é o grafite (C_g ou C_grafite);

• Enxofre: seu alótropo mais estável é o enxofre rômbico (S₈).

Passos para calcular a variação da entalpia de uma reação química

• 1º Passo: Analisar se a equação química da reação encontra-se balanceada. Caso não esteja, faça o seu balanceamento;

• 2º Passo: Conferir quais são os valores das entalpias que o exercício forneceu;

• 3º Passo: Calcular a entalpia dos reagentes (nunca se esquecendo de multiplicar o coeficiente do reagente pelo valor da entalpia) por meio de uma soma, caso haja mais de um reagente na equação. OBS.: Coeficiente é o valor escrito à esquerda da fórmula do reagente;

• 4º Passo: Calcular a entalpia dos produtos (nunca se esquecendo de multiplicar o coeficiente do reagente pelo valor da sua entalpia) por meio de uma soma, caso haja mais de um produto na equação.

• 5º Passo: utilizar os valores encontrados nos passos 3 e 4 na expressão matemática para o cálculo da variação da entalpia.

Exemplos de cálculo da variação da entalpia

1º: Quando a sacarose reage com o oxigênio, temos uma reação de combustão, que apresenta a seguinte equação:

C₁₂H₂₂O₁₁ + 12 O_2(g) → 12 CO_2(g) + 11 H₂O_(l)

Qual é o valor da variação de entalpia dessa reação? Considere os valores das entalpias a seguir:

ΔH de formação do CO_2(g) = -94,1 kcal

ΔH de formação de H₂O_(l) = -68,3 kcal

ΔH de formação do C₁₂H₂₂O₁₁ = -531,5 kcal

Os dados fornecidos pelo exercício foram:

• ΔH de formação do CO_2(g) = -94,1 kcal

• ΔH de formação da H₂O_(l) = -68,3 kcal/moll

• ΔH de formação de C₁₂H₂₂O₁₁ = -531,5 kcal/mol

• ΔH de formação de C = 0 kcal/mol

OBS.: A entalpia do gás oxigênio não foi fornecida pelo enunciado porque vale zero, já que se trata do alótropo mais estável do oxigênio.

1º Passo: Calcular o valor da entalpia dos produtos:

H_p = 12. (CO₂) + 11.(H₂O)

H_p = 12.(-94,1) + 11. (-68,3)

H_p = - 1129,2 - 751,3

H_p = -1880,5 Kcal

2º Passo: Calcular o valor da entalpia dos reagentes:

Hr = 1.(C₁₂H₂₂O₁₁) + 12.(O₂)

Hr = 1.(-531,5) + 12.0

Hr = - 531,5 Kcal

3^o Passo: Utilizar as entalpias dos produtos e dos reagentes na expressão:

ΔH = H_p - H_r

ΔH = - 1880,5 - (-531,5)

ΔH = - 1349 Kcal

Como o resultado do ΔH é negativo, a reação é exotérmica.

2º: A equação química que representa a reação da fotossíntese (na presença de luz e calor) é:

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Dadas as entalpias de formação do CO₂ (-94 kcal/mol), da H₂O (-58 kcal/mol) e da glicose (-242 kcal/mol), qual será o valor da variação da entalpia do processo?

1º Passo: Calcular o valor da entalpia dos produtos:

H_p = 1. (C₆H₁₂O₆) + 6.(O₂)

H_p = 1.(-242) + 6. (0)

H_p = - 242 + 0

H_p = - 242 Kcal

2º Passo: Calcular o valor da entalpia dos reagentes:

H_r = 6. (CO₂) + 6.(H₂O)

H_r = 6.(-94) + 6.(-58)

H_r = - 564 + (-348)

H_r = - 564 - 348

Hr = - 912 Kcal

3^o Passo: Utilizar as entalpias dos produtos e dos reagentes na expressão:

ΔH = H_p - H_r

ΔH = - 242 - (-912)

ΔH = - 242 + 912

ΔH = + 670 Kcal

OBS.: Como o resultado do ΔH é positivo, a reação é endotérmica.