Variação da Entalpia em Reações Químicas

Pense em uma reação genérica do tipo:

Reagentes → Produtos

A variação de entalpia dessa reação é a variação total de energia nesse processo, ou seja, a energia no estado final (produtos) subtraída da energia no estado inicial (reagentes), segundo a equação:

∆energia = ∆H = energia dos produtos – energia dos reagentes

Mas como saber a entalpia dos reagentes e produtos? Como saber se diferentes ligações apresentam diferentes energias? Vamos descobrir.

Entalpia Padrão de Formação

A entalpia de formação (∆H°f) refere-se à entalpia padrão, ou seja, à temperatura constante padrão e 1 bar de pressão, condições que denominamos estado padrão das substâncias compostas quando formadas a partir dos elementos puros (substâncias simples). A temperatura deve sempre ser especificada, pois a entalpia depende da temperatura!

Exemplo:

∆HofCO2 (25º C) = – 394 kJ/mol: são liberados 394 kJ de energia na formação de 1 mol de gás carbônico a partir dos elementos puros, a 25° C.

Pode-se pensar na entalpia padrão de formação como a variação total de energia na reação de formação de 1 mol de cada substância composta(nesse caso, temos a entalpia padrão molar), ou seja, o quanto a energia variou para que as ligações químicas da substância composta se formassem.

As entalpias padrão das substâncias compostas correspondem a valores que se encontram geralmente tabelados em livros e manuais diversos.

Entalpia padrão de substâncias simples ou elementos puros

Define-se de forma universal que toda substância simples (C, O2, N2, S, P, etc.), em estado padrão, tem entalpia de formação igual a zero.

∆H em reações, a partir das entalpias padrão de formação

A variação de entalpia em uma reação equivale ao somatório das entalpias dos produtos subtraído do somatório das entalpias dos reagentes.

O subíndice n indica o coeficiente estequiométrico de cada substância na reação.

Exemplo ilustrado:

Reação de neutralização entre hidróxido de cálcio e ácido clorídrico:

Obtém-se de uma tabela os valores das entalpias-padrão de formação dos reagentes e produtos:

Com estes valores, é possível calcular os somatórios das entalpias de reagentes e produtos:

Atenção na soma de sinais! Esse resultado indica que, quando 1 mol de hidróxido de cálcio reage com 2 mols de ácido clorídrico, são liberados 196 kJ de energia às vizinhanças do sistema. Chega-se a essa conclusão devido ao sinal negativo do valor final, que você aprenderá a interpretar no tópico a seguir.

Entalpia de Ligação

A energia de ligação está relacionada à energia potencial, que pertence à definição de entalpia. A entalpia de ligação é definida como a energia requerida para romper um mol de ligações químicas entre pares de átomos, no estado gasoso.

Para que se rompa uma ligação, é necessário que haja o fornecimento de energia (processo endotérmico) e, portanto, todas as entalpias de ligação são positivas (vide item Variação da entalpia em reações).

Os valores das entalpias das mais variadas ligações, no estado gasoso e sob as mesmas condições de pressão e temperatura de, respectivamente, 1 atm e 25°C, são tabelados e facilmente encontrados em livros e sites.

Quanto maior a entalpia de ligação, mais forte é a ligação entre os átomos envolvidos e, portanto, maior será a quantidade de energia necessária para que se rompa essa ligação.

Exemplo de ligações e suas respectivas entalpias:

Quebra e formação de ligações

A quebra de uma ligação é um processo endotérmico e, portanto, a variação de entalpia nesse processo é positiva.

A formação de uma nova ligação envolve a liberação da mesma quantidade de energia necessária para quebrá-la, porém a variação de entalpia tem o sinal contrário.

Resumindo:

Cálculo da entalpia de reação

A partir dos valores das entalpias de ligação, é possível calcular o ∆H de uma reação.

Imagine que, quando uma reação ocorre, a variação de energia (entalpia) é referente à quebra de ligações dos reagentes e formação de novas ligações nos produtos.

Matematicamente, para calcular o ∆H°reação, pode-se fazer o seguinte balanço:

Exemplo ilustrado

Reação de cloração com metano

Primeiramente, é interessante fazer uma lista de todas as ligações nos reagentes e nos produtos (dica: desenhe as moléculas como estruturas de Lewis para enxergar as ligações):

A seguir, é possível calcular ∆H° reação de dois modos, como indicados pelas equações (1) e (2). Ambas as maneiras devem levar ao mesmo resultado.

Pela equação (1):

Ligações quebradas: 1 ligação C-H + 1 ligação Cl-Cl

Ligações formadas: 1 ligação C-Cl + 1 ligação H-Cl

Com os valores da tabela de entalpias de ligação, chega-se ao resultado:

Ou pela equação (2):

Das duas maneiras, chega-se ao mesmo resultado. Você deve fazer os cálculos da maneira de maior conveniência e compreensão.

Para saber mais, veja também: