O documento discute conceitos fundamentais da termoquímica, incluindo: 1) A termoquímica estuda as quantidades de calor liberadas ou absorvidas em reações químicas e transformações físicas. 2) As reações podem ser classificadas como exotérmicas ou endotérmicas dependendo de liberarem ou absorverem calor. 3) A calorimetria mede quantidades de calor usando um calorímetro e considerando o calor específico das substâncias.

1. Termoquímica
Estudo Geral dos Equilíbrios Térmicos
Professor Costa Freire

2. Termoquímica
Absorção de calor
Sublimação
Fusão Vaporização
SÓLIDO LÍQUIDO GÁS
Solidificação Condensação
Liberação de calor
Definição:
“Termoquímica é o estudo das quantidades de calor
liberadas ou absorvidas durante reações químicas.”

3. Termoquímica
Classificação das reações químicas
O fornecimento ou a liberação de calor (energia) é a
transformação física que, quase sempre, acompanha as
reações químicas.
Para a termoquímica, as reações químicas se classificam
em:
✔
Reações exotérmicas; e
✔ Reações endotérmicas.

4. Termoquímica
Calorimetria
“É o estudo e a medição das quantidades de calor liberadas
ou absorvidas durante os fenômenos físicos e/ou químicos.”
Quantidade de calor é diferente de temperatura. A temperatura de um corpo é
função da agitação (velocidades de translação, de vibração e de rotação) de suas
partículas. A quantidade de calor é função da temperatura e da massa total do
sistema que contém o corpo.
Definição:
“Caloria é a quantidade de calor necessária para elevar de
14,5ºC para 15,5ºC a temperatura de 1g de água.”

5. Termoquímica
Unidades de quantidade de calor:
1 kcal = 1.000 cal
1 cal = 4,18 .107 erg = 4,18 j
1 kj = 1.000 j
Definições:
Calorímetro é um aparelho usado para medir a quantidade
de calor liberado ou absorvido em uma reação química ou
transformação física.
“Calor específico é a quantidade de calor necessária para
elevar de 1ºC a temperatura de 1g da substância.”

6. Termoquímica
Uso do calorímetro de água:
✔Provoca-se uma reação química ou transformação física dentro da água;
✔Mede-se a elevação da temperatura da água;
✔Calcula-se a quantidade de calor liberada pela reação química ou
transformação física.
Observação:
A quantidade de calor cedida (Qc) pela reação ou pelo corpo é igual à
quantidade de calor recebida (Qr) pela água.
A quantidade de calor (Qr) de um corpo depende de sua massa (m), do seu
calor específico (c) e da variação de temperatura (Δθ) ao qual é submetido:
Qr = mc . Δθ

7. Termoquímica
Definição:
Bomba Calorimétrica é um aparelho usado para medir o
calor de combustão de substâncias.
Observação:
Como a bomba calorimétrica é um aparelho hermeticamente fechado e de
volume constante, costuma-se denominar calor a volume constante (Qv) à
quantidade de calor aí medida.

8. Termoquímica
Energia interna
Existem dois tipos de energia:
✔ Energia cinética (associada ao movimento); e
✔ Energia potencial (armazenada para produzir algum
trabalho).
Hipóteses a serem consideradas numa reação química:
1ª hipótese – quando a energia interna total dos reagentes (energia inicial) for
maior do que a energia interna total dos produtos formados
(energia final), a reação irá liberar energia (reação exotérmica);
2ª hipótese – quando a energia interna total dos reagentes (energia inicial) for
menor do que a dos produtos formados (energia final), a reação
irá absorver a energia que falta (reação endotérmica).

9. Termoquímica
Definições:
Primeiro princípio da Termodinâmica
(lei da conservação de energia)
“A energia total após a reação é igual à energia total antes
da reação.”
“A energia não pode ser criada nem destruída, apenas
transformada.”
“E um sistema isolado, a quantidade total de energia é
constante.

10. Termoquímica
Definições:
Entalpia (H) ou conteúdo de calor é a grandeza que mede
o conteúdo energético das substâncias.
“Se a pressão e temperatura forem constantes nos estados
inicial e final da reação, a variação da entalpia será a
medida da quantidade de calor liberada ou absorvida pela
reação.
Variação de energia:
Reação exotérmica ΔH = Hprod. – Hreag. < 0
Reação endotémica ΔH = Hprod. – Hreag. > 0
Os diagramas de entalpia são conhecidos como diagramas de energia.

11. Termoquímica
Consideremos a reação da queima de carvão a céu aberto:
2C(s) + O2(g) 2CO(g)
O aumento de volume gerado pelos gases da reação gera um trabalho de
expansão que é obtido pela seguinte fórmula:
ζ = P . ΔV
Considerando-se a equação de Clapeyron PV = nRT, obtém-se a seguinte
equação:
ζ = (Δn)RT

12. Termoquímica
Fatores que influem as entalpias das reações
✔ Quantidades de reagentes e de produtos:
2H2(g) + O2(g) 2H2O(v) ΔH = -485,8 kj
Há liberação de 485,8 kj quando 2 mols de H2 reagem com 1 mol de O2,
produzindo 2 mols de H2O.
Quando a reação acima é dividida por 2, temos:
1
H2(g) + O H2O(v) ΔH = -242,9 kj
2 2(g)

13. Termoquímica
Fatores que influem as entalpias das reações
✔ Estado físico dos reagentes e dos produtos:
1
I H2(g) + O H2O(v) (vapor) ΔH1 = -242,9 kj/mol
2 2(g)
1
II H2(g) + O H2O(v) (líquido) ΔH2 = -286,6 kj/mol
2 2(g)
1
III H2(g) + O H2O(v) (sólido) ΔH3 = -292,6 kj/mol
2 2(g)
Estados físicos Variações de
diferentes entalpia diferentes
GÁS
GÁS LÍQUIDO
LÍQUIDO SÓLIDO
SÓLIDO
(vapor de água)
(vapor de água) (água líquida)
(água líquida) (gelo)
(gelo)
Diminui a agitação (energia) das moléculas de água
Aumenta o saldo de energia (ΔH) liberada no final da reação

14. Termoquímica
Entalpia (kJ/mol)
1
H2(g) + O
2 2(g)
0
ΔH1 ΔH2 ΔH3
H2O(v)
-242,9
ΔHvap. = +43,7 kj/mol
H2O(l)
-286,6
ΔHfusão = +6,0 kj/mol
H2O(s)
-292,6
Caminho da transformação
Verifica-se experimentalmente que o calor latente de vaporização da água é 2,43 kj/g, logo, 1 mol de H2O absorve 43,7 kj para
evaporar. Esse valor é chamado de entalpia molar de vaporização da água.

15. Termoquímica
Fatores que influem as entalpias das reações
✔ Estado alotrópico:
C(grafite) + O2(g) CO2(g) ΔH1 = -393,1 kj/mol
C(diamante) + O2(g) CO2(g) ΔH2 = -395,0 kj/mol
Estados alotrópicos Variações de
diferentes entalpia diferentes

16. Termoquímica
Entalpia (kJ/mol)
C(diamante) + O2(g)
ΔH = -1,9 kj/mol
C(grafite) + O2(g)
ΔH1 ΔH2
CO2(g)
Caminho da transformação
C(diamante) C(grafite) ΔH = -1,9 kj/mol (exotérmica)
C(grafite) C(diamante) ΔH = +1,9 kj/mol (endotérmica)

17. Termoquímica
Fatores que influem as entalpias das reações
✔ Dissolução/diluição:
Há dissoluções exotérmicas e endotérmicas. A quantidade total de calor
liberado ou absorvido tende a um certo limite. Essa quantidade máxima de calor
é denominada entalpia (ou calor) de diluição total (ou infinita) da substância.
Água
H2SO4(l) + aq H2SO4(aq) ΔH = -84,4 kj/mol
Água
CaCl2(s) + aq CaCl2(aq) ΔH = -82,7 kj/mol
Água
NH4NO3(s)+ aq NH4NO3(aq) ΔH = +26,3 kj/mol

18. Termoquímica
Fatores que influem as entalpias das reações
✔ Temperatura na qual se efetua a reação química:
H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) ΔH = -183,9 kj/mol (a 15ºC)
H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) ΔH = -184,1 kj/mol (a 75ºC)
15ºC 75ºC
Entalpia
H2(g) + Cl2(g)
H2(g) + Cl2(g) ΔH3
ΔH2
2HCl(g)
ΔH1
2HCl(g) ΔH4
Caminho da transformação

19. Termoquímica
Fatores que influem as entalpias das reações
✔ Pressão
Há influência perceptível somente em pressões elevadíssimas, da ordem de
1.000 atm. Abaixo disso, praticamente não é perceptível a influência nos calores
de reações envolvendo sólidos, líquidos ou mesmo gases.

20. Termoquímica
Equação termoquímica
Definição:
“Equação termoquímica é a equação química à qual
acrescentamos a entalpia da reação e na qual
mencionamos todos os fatores que possam influir no
valor dessa entalpia.”
1
H2(g) + O H2O(l) ΔH = - 286,6 kj/mol (25ºC; 1 atm)
2 2(g)
C(diamante) + O2(g) CO2(g) ΔH = - 395,0 kj/mol (25ºC; 1 atm)
1 1 Água
H + Cl HCl(aq) ΔH = - 167,2 kj/mol (25ºC; 1 atm)
2 2(g) 2 2(g)
H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) ΔH = - 184,1 kj/mol (75ºC; 1 atm)

21. Termoquímica
Estado padrão dos elementos e dos compostos químicos
Entalpia (ou calor) padrão de formação de uma substância
Entalpia (ou calor) de combustão de uma substância
Entalpia (ou calor) de neutralização
Energia de ligação
Generalizações
Exercícios

22. Termoquímica
Lei de Hess
“A variação de entalpia (quantidade de calor liberada ou
absorvida) em uma reação química depende apenas dos
estados inicial e final da reação.”
C(grafite) + O2(g)
C(grafite) + O2(g) Primeiro caminho CO2(g)
CO2(g)
(estado inicial)
(estado inicial) ΔH (estado final)
(estado final)
Segundo caminho CO(g) + 1 O2(g)
CO(g) + 2 O2(g) Segundo caminho
ΔH1 (estado intermediário) ΔH2
(estado intermediário)
A esses dois caminhos correspondem dois valores experimentais, para as variações
de entalpia, supondo pressão e temperatura constantes.

23. Termoquímica
C(grafite) + O2(g)
C(grafite) + O2(g) Primeiro caminho CO2(g)
CO2(g)
(estado inicial)
(estado inicial) ΔH (estado final)
(estado final)
Segundo caminho CO(g) + 1 O2(g)
CO(g) + 2 O2(g) Segundo caminho
ΔH1 (estado intermediário) ΔH2
(estado intermediário)
Primeiro caminho: C (grafite) + O2(g) CO2(g) ΔH = -393,3 kj
1
Segundo caminho: C (grafite) + 2 O2(g) CO(g) ΔH1 = -110,3 kj
1
CO(g) + 2 O2(g) CO2(g) ΔH2 = -283,0 kj
Somando: ΔH1 + ΔH2 = -110,3 + (-283,0) = -393,3
Portanto: ΔH = ΔH1 + ΔH2

24. Termoquímica
Conclusão
“Partindo-se sempre de um mesmo estado inicial e
chegando-se sempre a um mesmo estado final, o ΔH será
sempre o mesmo, quer a reação seja direta, quer ela se
efetue em várias etapas.”
O ΔH independe do caminho percorrido durante a reação. Cada estado tem uma
entalpia ou conteúdo de calor (H) fixo e bem definido:
● no estado inicial: H
inicial tem valor fixo;
● no estado final: H
final também tem valor fixo.
A entalpia é função de estado, ou seja, o valor de ΔH é fixo e bem definido, não
dependendo dos estados intermediários. Por isso, a lei de Hess é também conhecida
como a lei dos estados inicial e final.

25. Termoquímica
Consequências da lei de Hess
1ª As equações termoquímicas podem ser somadas como
se fossem equações matemáticas, daí a lei de Hess ser
também chamada de lei da soma dos calores de reação.
1
C (grafite) + O CO(g) ΔH1 = -110,3 kj
2 2(g)
1
CO(g) + O
2 2(g)
CO2(g) ΔH2 = -283,0 kj
C (grafite) + O2(g) CO2(g) ΔH = -110,3 – 283,0 ⇒ ΔH = –393,3 kj

26. Termoquímica
Consequências da lei de Hess
2ª Invertendo uma equação termoquímica, devemos trocar
o sinal de ΔH.
C (grafite) + O2(g) CO(g) ΔH = –393,3 kj
CO2(g) C (grafite) + O2(g) ΔH = +393,3 kj
Zero (substancias) Zero (quantidade de calor)
Isso representa a conservação de energia entre os estados inicial e final.

27. Termoquímica
Consequências da lei de Hess
3ª Multiplicando (ou dividindo) uma equação termoquímica
por um número diferente de zero, o valor de ΔH será
também multiplicado (ou dividido) por esse número.
C (grafite) + O2(g) CO(g) ΔH = –393,3 kj
C (grafite) + O2(g) CO(g) ΔH = –393,3 kj
2C (grafite) + 2O2(g) 2CO(g) ΔH = –786,6 kj
As equações termoquímicas podem sofrer tratamentos matemáticos desde que esses
tratamentos sejam feitos também com os valores de ΔH.