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Termoquímica Parte 2 Entalpias de mudança de estado físico 2 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier O calor necessário para mudar o estado físico de uma substância é conhecido como Entalpia de fusão Hfus ENDOTÉRMICO Entalpia de vaporização Hvap ENDOTÉRMICO Entalpia de condensação EXOTÉRMICO Entalpia de solidificação EXOTÉRMICO Para água Entalpia de fusão Hfus 333 Jg Entalpia de vaporização Hvap 2256 Jg Exercite Qual será o calor necessário para fundir 05 Kg de gelo Qual será o calor necessário para vaporizar esta mesma quantidade de água Entalpias de mudança de estado físico 3 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier Calorimetria 9 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier Será que toda matéria absorve a mesma quantidade de calor Calorimetria 10 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 1 kg de isopor 1 Kg de ferro Ambos são colocados sobre uma chapa aquecida e recebem a mesma quantidade de energia Depois de 1 min qual deles estará com a maior temperatura Calorimetria 11 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier A Capacidade calorífica C de um objeto é a quantidade de calor necessária para aumentar sua temperatura em 1 K ou 1oC Capacidade calorífica específica de 1 g de substância Capacidade calorífica molar de 1 mol de substância Capacidade calorífica quantidade de calor transferido massag Variação da temperatura Experimentalmente São necessários 209J para aumentar a temperatura de 50 g de água em 1K Isopor Ferro Capacidade calorífica Específica Jg Ou Capacidade calorífica MolarJmol Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 12 Calorimetria Substância Calor específico JgK H2O l 418 CH4g 220 CO2g 084 Als 090 Fes 045 H2Os 206 H2Ov 192 O alto calor específico da água afeta o clima da Terra Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 13 Calorimetria Exercício A capacidade calorífica específica da água líquida é 418 JKg Calcule a energia necessária para aquecer 10 mol de água de 298 K até 363 K Resposta 49 KJ Exercício Qual será a temperatura atingida pelas seguintes substâncias se receberem a mesma quantidade de energia calculada na questão anterior a Glicerina congelante Cs 242x103 JKgK b Cobre Cs 385 JgK Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 14 Calorimetria Exercício Qual é a quantidade mínima de gelo a 0oC que deve ser adicionado ao conteúdo de uma lata de refrigentate 340 mL para refrigerála de 205 a 0oC Suponha que a capacidade calorífica específica e a densidade do refrigerante sejam as mesmas que as da água e que nenhum calor seja ganho ou perdido para o parede do copo ou lata Lembrese da 1ª Lei da Termodinâmica conservação da energia Portanto o calor que sai da latasistema e vai para o gelo vizinhança é o mesmo desta forma E 0 q refrigerante q gelo 0 Calorimetria 15 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 1Exercite Calcule a quantidade de calor envolvida ao aquecer 05 Kg de água nas seguintes situações 50 oC a 0oC 0 oC a 100oC 100 oC a 200oC Exercite Calcule a quantidade de calor envolvida ao aquecer 05 Kg de água que está à 50 oC até 200oC Calorimetria a pressão constante Calorimetria 16 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier As paredes não perdem ou ganham calor O calor não escapa do calorímetro O calor dispendido pela reação é obtido pela solução onde se mede a temperatura A variação de temperatura ocorrida em um objeto quando ele absorve certa quantidade de energia é determinada por sua capacidade calorífica T Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 17 Calorimetria C q mT q C m T Capacidade calorífica quantidade de calor transferido massag Variação da temperatura universo vizinhança sistema q H qp Bomba calorimétrica calorimetria de volume constante Calorimetria 18 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier Conhecendo Ccal determinase qr qr Ccal x T Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 19 Calorimetria 2 Exercício Quando um aluno mistura 50mL de 10 molL de HCl e 50 mL de 10 molL de NaOH em um calorímetro de copo de isopor a temperatura da solução resultante aumenta 21oC para 275 oC Calcule a variação da entalpia para a reação de neutralização supondo que o calorímetro perde apenas uma quantidade desprezível de calor que o volume total da solução é 100mL que sua densidade é 10 gmL e que seu calor específico é 418 Jg K Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 20 Calorimetria O calor que sai dos sistema é recebido na vizinhança Se uma reação química de combustão ocorre dentro da bomba preenchida com oxigênio este calor causará aumento da temperatura da vizinhança Portanto qreação q vizinhança Água e paredes do calorímetro Capacidade calorífica do calorímetro Ccal qreação CcalT Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 21 Calorimetria Exercício Determinando a produção de calor através de um calorímetro calibrado 1 Calibração do calorímetro quanto calor o equipamento absorve Suponha que tenhamos fornecido 800 kJ de calor para um calorímetro aquecendoo eletricamente e que observamos que a temperatura do calorímetro aumento em 840 oC Qual a capacidade calorífica do calorímetro Resposta 952 kJK 2 Utilizando o calorímetro calibrado Se sob condições idênticas uma reação ocorrendo no calorímetro resulta em um aumento na temperatura de 200oC para 252oC qual será a quantidade de calor liberada da reação química Resposta 50kJ Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 22 3 Exercício Determine Hor para a reação de combustão do etanol gasoso Sabese que Ho f etanolg 2348 kJmol Ho f CO2g 3935 kJmol Ho f H2Og 2418 kJmol 4 Um botijão de gás de uso doméstico contém 13 Kg de butano AQual a energia liberada na combustão completa de um botijão de butano B Quanta água conseguese evaporar com um botijão de gás doméstico C Se 13Kg de etanol for utilizada para gerar energia para vaporizar água qual combustível etanol ou butanoconseguirá evaporar mais água Dado Ho f butanog 1257 kJmol Calorimetria Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 23 Para entregar próxima aula Quanto calor deve ser absorvido para aquecer 250 g de metanol líquido CH3OH de 250 oC a seu ponto de ebulição 646 oC e para evaporar então completamente o metanol nessa temperatura O calor específico do metanol líquido é 253 JgK e o calor de vaporização do metanol é 200 x 103 Jg Faça um diagrama de temperatura vs calor para o processo Calorimetria Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 24 Capacidade calorífica de gases Para os gases a capacidade calorífica depende se o aquecimento do gás é realizado à pressão constante ou à volume constante Cp Cv pm vm Para gases ideais de moléculas lineares Cvm 52 R de moléculas não lineares Cvm 3R Densidade de energia As variações de entalpia de combustão dá uma medida do calor liberado quando uma substância queima a pressão constante Normalmente a variação de entalpia é referida simplesmente como calor de combustão A variação da entalpia por unidade de massa é chamada de densidade de energia Substância Composição típica Mwgmol Hc kJmol Hc kJg Gasolina C8H18 114 5470 4798 Óleo diesel C20H42 282 8090 2868 Gás natural CH4 16 890 5562 Hidrogênio H2 2 286 1430 Metanol CH3OH 32 726 2268 etanol C2H5OH 46 1367 2972 Fonte Kotz e col 2012 Maior densidade de energia Densidade de energia Toyota quer mudar o mundo com Mirai carro a hidrogênio que emite água Reuters Nichola Groom ChangRan Kim Em Newport Beach EUA e Tóquio Japão 18112014 10h54 Toyota Mirai é 1º carro de produção movido a hidrogênio Mirai promete autonomia de até 480 quilômetros 153 cavalos de potência e fazer o 0100 kmh em cerca de 9 segundos
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Termoquímica Parte 2 Entalpias de mudança de estado físico 2 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier O calor necessário para mudar o estado físico de uma substância é conhecido como Entalpia de fusão Hfus ENDOTÉRMICO Entalpia de vaporização Hvap ENDOTÉRMICO Entalpia de condensação EXOTÉRMICO Entalpia de solidificação EXOTÉRMICO Para água Entalpia de fusão Hfus 333 Jg Entalpia de vaporização Hvap 2256 Jg Exercite Qual será o calor necessário para fundir 05 Kg de gelo Qual será o calor necessário para vaporizar esta mesma quantidade de água Entalpias de mudança de estado físico 3 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier Calorimetria 9 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier Será que toda matéria absorve a mesma quantidade de calor Calorimetria 10 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 1 kg de isopor 1 Kg de ferro Ambos são colocados sobre uma chapa aquecida e recebem a mesma quantidade de energia Depois de 1 min qual deles estará com a maior temperatura Calorimetria 11 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier A Capacidade calorífica C de um objeto é a quantidade de calor necessária para aumentar sua temperatura em 1 K ou 1oC Capacidade calorífica específica de 1 g de substância Capacidade calorífica molar de 1 mol de substância Capacidade calorífica quantidade de calor transferido massag Variação da temperatura Experimentalmente São necessários 209J para aumentar a temperatura de 50 g de água em 1K Isopor Ferro Capacidade calorífica Específica Jg Ou Capacidade calorífica MolarJmol Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 12 Calorimetria Substância Calor específico JgK H2O l 418 CH4g 220 CO2g 084 Als 090 Fes 045 H2Os 206 H2Ov 192 O alto calor específico da água afeta o clima da Terra Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 13 Calorimetria Exercício A capacidade calorífica específica da água líquida é 418 JKg Calcule a energia necessária para aquecer 10 mol de água de 298 K até 363 K Resposta 49 KJ Exercício Qual será a temperatura atingida pelas seguintes substâncias se receberem a mesma quantidade de energia calculada na questão anterior a Glicerina congelante Cs 242x103 JKgK b Cobre Cs 385 JgK Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 14 Calorimetria Exercício Qual é a quantidade mínima de gelo a 0oC que deve ser adicionado ao conteúdo de uma lata de refrigentate 340 mL para refrigerála de 205 a 0oC Suponha que a capacidade calorífica específica e a densidade do refrigerante sejam as mesmas que as da água e que nenhum calor seja ganho ou perdido para o parede do copo ou lata Lembrese da 1ª Lei da Termodinâmica conservação da energia Portanto o calor que sai da latasistema e vai para o gelo vizinhança é o mesmo desta forma E 0 q refrigerante q gelo 0 Calorimetria 15 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 1Exercite Calcule a quantidade de calor envolvida ao aquecer 05 Kg de água nas seguintes situações 50 oC a 0oC 0 oC a 100oC 100 oC a 200oC Exercite Calcule a quantidade de calor envolvida ao aquecer 05 Kg de água que está à 50 oC até 200oC Calorimetria a pressão constante Calorimetria 16 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier As paredes não perdem ou ganham calor O calor não escapa do calorímetro O calor dispendido pela reação é obtido pela solução onde se mede a temperatura A variação de temperatura ocorrida em um objeto quando ele absorve certa quantidade de energia é determinada por sua capacidade calorífica T Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 17 Calorimetria C q mT q C m T Capacidade calorífica quantidade de calor transferido massag Variação da temperatura universo vizinhança sistema q H qp Bomba calorimétrica calorimetria de volume constante Calorimetria 18 Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier Conhecendo Ccal determinase qr qr Ccal x T Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 19 Calorimetria 2 Exercício Quando um aluno mistura 50mL de 10 molL de HCl e 50 mL de 10 molL de NaOH em um calorímetro de copo de isopor a temperatura da solução resultante aumenta 21oC para 275 oC Calcule a variação da entalpia para a reação de neutralização supondo que o calorímetro perde apenas uma quantidade desprezível de calor que o volume total da solução é 100mL que sua densidade é 10 gmL e que seu calor específico é 418 Jg K Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 20 Calorimetria O calor que sai dos sistema é recebido na vizinhança Se uma reação química de combustão ocorre dentro da bomba preenchida com oxigênio este calor causará aumento da temperatura da vizinhança Portanto qreação q vizinhança Água e paredes do calorímetro Capacidade calorífica do calorímetro Ccal qreação CcalT Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 21 Calorimetria Exercício Determinando a produção de calor através de um calorímetro calibrado 1 Calibração do calorímetro quanto calor o equipamento absorve Suponha que tenhamos fornecido 800 kJ de calor para um calorímetro aquecendoo eletricamente e que observamos que a temperatura do calorímetro aumento em 840 oC Qual a capacidade calorífica do calorímetro Resposta 952 kJK 2 Utilizando o calorímetro calibrado Se sob condições idênticas uma reação ocorrendo no calorímetro resulta em um aumento na temperatura de 200oC para 252oC qual será a quantidade de calor liberada da reação química Resposta 50kJ Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 22 3 Exercício Determine Hor para a reação de combustão do etanol gasoso Sabese que Ho f etanolg 2348 kJmol Ho f CO2g 3935 kJmol Ho f H2Og 2418 kJmol 4 Um botijão de gás de uso doméstico contém 13 Kg de butano AQual a energia liberada na combustão completa de um botijão de butano B Quanta água conseguese evaporar com um botijão de gás doméstico C Se 13Kg de etanol for utilizada para gerar energia para vaporizar água qual combustível etanol ou butanoconseguirá evaporar mais água Dado Ho f butanog 1257 kJmol Calorimetria Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 23 Para entregar próxima aula Quanto calor deve ser absorvido para aquecer 250 g de metanol líquido CH3OH de 250 oC a seu ponto de ebulição 646 oC e para evaporar então completamente o metanol nessa temperatura O calor específico do metanol líquido é 253 JgK e o calor de vaporização do metanol é 200 x 103 Jg Faça um diagrama de temperatura vs calor para o processo Calorimetria Disciplina de Química Geral Profa Marcia Margarete Meier 24 Capacidade calorífica de gases Para os gases a capacidade calorífica depende se o aquecimento do gás é realizado à pressão constante ou à volume constante Cp Cv pm vm Para gases ideais de moléculas lineares Cvm 52 R de moléculas não lineares Cvm 3R Densidade de energia As variações de entalpia de combustão dá uma medida do calor liberado quando uma substância queima a pressão constante Normalmente a variação de entalpia é referida simplesmente como calor de combustão A variação da entalpia por unidade de massa é chamada de densidade de energia Substância Composição típica Mwgmol Hc kJmol Hc kJg Gasolina C8H18 114 5470 4798 Óleo diesel C20H42 282 8090 2868 Gás natural CH4 16 890 5562 Hidrogênio H2 2 286 1430 Metanol CH3OH 32 726 2268 etanol C2H5OH 46 1367 2972 Fonte Kotz e col 2012 Maior densidade de energia Densidade de energia Toyota quer mudar o mundo com Mirai carro a hidrogênio que emite água Reuters Nichola Groom ChangRan Kim Em Newport Beach EUA e Tóquio Japão 18112014 10h54 Toyota Mirai é 1º carro de produção movido a hidrogênio Mirai promete autonomia de até 480 quilômetros 153 cavalos de potência e fazer o 0100 kmh em cerca de 9 segundos