Química > Físico-química > Entalpia > Cálculo de entalpia

Utilize a minha calculador de entalpia de combustão>>

Existem 3 maneiras principais de se calcular entalpia de reação, com base :

1) nas entalpias de cada ligação química a ser feita e quebrada (explicado abaixo)

2) na Lei de Hess

3) nas entalpias de formação de reagentes e produtos

Os dois últimos métodos são mais precisos do que o primeiro, que depende de valores de entalpias de ligação que variam um pouco dependendo da molécula.

1) Entalpia de reação baseado nas entalpias de ligação química

A formação de reações químicas é um processo que libera energia. Quanto maior a entalpia das ligações formadas, maior a energia liberada. Isto parece um pouco estranho para certas pessoas, mas pode ser melhor compreendido se se imagina o processo oposto: a quebra das ligações. É bastante intuitivo que para quebrar algos seja necessário energia. No caso da reação química isso é exatamente o que acontece. Portanto a formação da ligação deve liberar energia.

Mostro abaixo exemplos destes cálculos. Uma calculadora baseada nas ligações quebradas e formadas de reações de combustão pode ser utilizada aqui.

O símbolo da entalpia é o H. Para a entalpia de reação usa-se ΔH. A letra grega Δ (delta) é usada para representar variações (há vários usos da delta em física também).

 

---

Exemplo 1) um cálculo de entalpia de combustão: a combustão do metano

CH₄ + 2 O₂ --> CO₂ + 2 H₂O

Ligações quebradas:

4 C-H + 2 O=O

4*414 + 2*498 = 2652 (energia que deve ser fornecida é positiva)

Ligações formadas:

2 C-O + 4 H-O

-2*800 -4*470 = -3480 (energia liberada é negativa - entenda o porquê disso)

A entalpia da reação é a diferença entre os 2 valores => ΔH = 2652 - 3480 = - 828 kJ/mol

O sinal negativo do resultado significa que a reação é exotérmica, ou seja, libera energia na forma de calor. Isto era esperado neste caso pois a energia liberada é maior que a energia fornecida.

Este exemplo pode ser usado na minha calculadora de entalpia de combustão, para se obter o resultado diretamente.

Um cálculo mais preciso , baseado na Lei de Hess, chega ao resultado: ΔH = -891 kJ/mol.

 

---

 

Exemplo 2) um cálculo de entalpia de combustão: glicose

A equação desta reação é dada abaixo.

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ --> 6 CO₂ + 6 H₂O

Para se saber quais ligações são quebradas é preciso conhecer a fórmula estrutural, mostrada abaixo(oxigênio-vermelho, carbono-preto, hidrogênio-rosado).

O cálculo pode ser feito manualmente e depois checado na calculadora de entalpia de combustão.

estrutura ball and stick da glicose

 

Resposta: -2800 kJ/mol

Este resultado é muito próximo do valor experimental de -2805.0 ± 1.3 (referencia: http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C492626&Mask=2 )

 

---

Exemplo 3)um cálculo de entalpia de combustão: TNT

A equação da reação de TNT com oxigênio é:

C₇H₂(NO₂)₃CH₃ + 6.25 O₂ --> 8 CO₂ + 2.5 H₂O + 1.5 N₂

 

Para que se possa ver quais ligações devem ser quebradas, a fórmula estrutural é apresentada :

 

 

Fórmula estruturais do TNT: balls and stick (acima) e esqueletal (abaixo)

 

Ligações quebradas:

Perceba que o NO₂ apresenta ressonância (revisar ressonÂncia):

 

 

Portanto podemos calcular como se houvesse uma ligação simples e uma dupla (embora na prática o que existe são duas ligações de caráter intermediária entre simples e dupla, conforme explicado aqui):

 

grupo	quantidade
N-O	1
N=O	1

Para cada grupo NO₂ há também uma ligação C-N, que é a ligação com o anel .

 

O total para os 3 grupos nitro é:

grupo	quantidade
N-O	3
N=O	3
C-N	3

 

No anel aromático também há ressonância. Podemos considerar isso como:

 

grupo	quantidade
C-C	3
C=C	3

 

O grupo CH₃ apresenta:

grupo	quantidade
C-H	3

e mais uma ligação C-C que é a ligação ao anel.

 

 

Ligações formadas:

 

16 C=O, 5 O-H e 1.5 N ≡ N (de acordo com a equação fornecida acima)

 

Agora podemos inserir esses números na calculadora de entalpia, para obter o resultado!

 

Perceba também , pela fórmula, que além da grande quantidade de energia liberada, muitos moles de gases são produzidos, o que contribui para o impacto (blast) da explosão.

---

 

Média de entalpias de ligação química

(kJ/mol)

Ligações simples

Ligações duplas

C=S	477
O=O	498
C=O	800
C=C	615
N=N	418
C=N	615
N=O	607

Ligaçoes triplas

C ≡ C	812
N ≡ N	946
C ≡ N	890

---

 

Química -Físico-química

 

© Ricardo Esplugas de Oliveira, 2020