Variação da Entalpia nas Mudanças de Estado Físico

Imaginemos um cubo de gelo à temperatura de -20 °C. Para que ele se liquefaça é necessário que seja fornecida energia na forma de calor ao sistema, ou seja, precisamos aquecê-lo. Assim, a água líquida tem um conteúdo de energia, ou uma entalpia, maior que a água no estado sólido. O mesmo acontece se quisermos que a água que está no estado líquido, à temperatura ambiente, passe para o vapor; o sistema precisa absorver energia.

Esses dois processos citados – fusão e vaporização – são processos endotérmicos, pois absorvem energia. Portanto, a variação de entalpia do sistema será positiva, maior que zero (∆H > 0), visto que a entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes.

H₂O_(s) → H₂O_(l)    ∆H_fusão = +7,3 kJ

H₂O_(l) → H₂O_(v)    ∆H_{vaporização} = +43,9 kJ

Isso pode ser visualizado também quando analisamos as reações de formação da água no estado líquido e no gasoso:

H_2(g) + ½ O_2(g) → H₂O_(l)    ∆H = -285,5 kJ

H_2(g) + ½ O_2(g) → H₂O_(g)    ∆H = -241,6 kJ

Observe que a variação de entalpia na formação da água no estado gasoso é maior, assim, se passarmos a água do estado líquido para o gasoso, ou de um estado de menor para um de maior entalpia, significa que será absorvido calor, conforme mostrado a seguir:

H₂O_(l) → H₂O_(v)    ∆H_{vaporização} = (-241,6 – (-285,5)) kJ
∆H_{vaporização} = +43,9kJ

Chamamos esse caso de entalpia de vaporização, pois se trata da energia necessária para vaporizar 1 mol de substância nas condições-padrão de temperatura e pressão.

Se estivéssemos falando da energia necessária para realizar a fusão de 1 mol de substância nas condições-padrão de temperatura e pressão, seria a entalpia de fusão (∆H_fusão), que, em se tratando da água, é de + 7,3.

No entanto, os processos inversos, que são de liquefação e de solidificação, são processos que precisam perder energia na forma de calor, ou seja, são exotérmicos. Neles, a variação da entalpia é negativa, como mostrado a seguir:

Entalpia de Liquefação (∆H_liquefação): parte da energia presente nas moléculas é usada para formar as ligações intermoleculares da água no estado líquido e o restante é liberado. Seu valor é o mesmo do caminho inverso, isto é, da vaporização, porém com sinal oposto: ∆H_liquefação = -43,9kJ.

Entalpia de Solidificação (∆H_{solidificação}): para passar do estado líquido para o sólido é necessário também perder energia na forma de calor. O valor da variação da entalpia de solidificação é o mesmo que o processo inverso (fusão), porém com sinal negativo:  ∆H_{solidificação} = -7,3 kJ.

Já a entalpia de sublimação (∆H_sublimação) será positiva se estiver passando do sólido para o gasoso; e será negativa se estiver fazendo o processo contrário.

O diagrama de entalpia nessas mudanças de estado físico ou de agregação pode ser transcrito da seguinte forma:

Resumindo, temos: