Energia e reações químicas

Tudo reação química carregue com ele um mudança na energia, devido à transformação das substâncias que dela participam. A energia pode se manifestar de várias maneiras:

• Quente
• Energia interna
• Energia de ativação

Calor em reações químicas

As moléculas de compostos químicos eles são formados por links que carregam uma energia incluído, que mantém os átomos juntos. Quando ocorre uma reação química, as moléculas participantes sofrem o quebrando alguns destes links, o que causa uma variação na energia. Geralmente ocorre como uma mudança no calor.

O quente em reações químicas, é medido por meio do Entalpia (H), que é uma quantidade termodinâmica que descreve as mudanças térmicas trazidas à pressão constante. É medido em calorias por mol (cal / mol), e é calculado para cada composto da reação, com a seguinte fórmula:

ΔH = mCpΔT

Onde:

ΔH: mudança na entalpia da substância

m: massa da substância que participa da reação

Cp: ​​calor específico a pressão constante, da substância

ΔT: mudança de temperatura na reação

Se eles participam da reação química elementos, sua entalpia é considerada 0 porque nenhuma energia foi investida em formá-los.

Para uma reação completa, cuja forma é:

2A + B -> 3C + D

A entalpia resultará de uma subtração:

Entalpia de reação = Entalpia de produtos - Entalpia de reagentes

ΔH_reação = ΔH (3C + D) - ΔH (2A + B)

Cada uma das entalpias vai carregar o coeficiente com o qual a substância atua na reação (o número de moles. Para A, neste caso, é 2, e vai multiplicar o valor de sua entalpia.

Por exemplo, para a reação de combustão de propano:

C₃H₈(g) + 5O₂(g) -> 3CO₂(g) + 4H₂O (l)

ΔHC₃H₈ = -24820 cal / mol

ΔHOU₂ = 0 cal / mol

ΔHCO₂ = -94050 cal / mol

ΔHH₂O = -68320 cal / mol

Entalpia de reação = Entalpia de produtos - Entalpia de reagentes

ΔH_reação = [3 (-94050 cal / mol) + 4 (-68320 cal / mol)] - [-24820 cal / mol + 5 (0)]

ΔH_reação = [-282150 + (-273280)] – (-24820)

ΔH_reação = -555430 + 24820

ΔH_reação = -530610 cal / mol

Tipos de reações químicas de acordo com o calor

As reações químicas serão classificadas em dois tipos de acordo com o calor envolvido nelas:

• Reações exotérmicas
• Reações endotérmicas

As reações exotérmicas são aqueles em que, durante a interação, as substâncias liberaram calor. É o caso, por exemplo, de um ácido forte que entra em contato com a água. A solução esquenta. Também ocorre na combustão de hidrocarbonetos, que liberam calor na forma de fogo, acompanhado de dióxido de carbono CO₂ e vapor de água H₂OU.

As reações endotérmicas são aqueles em que, para começar a reagir, os reagentes devem receber calor. É a partir de um certo calor que os produtos começam a ser gerados. É o caso, por exemplo, da geração de óxidos de nitrogênio, para os quais deve haver uma grande quantidade de calor no processo para que o oxigênio e o nitrogênio se unam em um composto.

Energia interna em reações químicas

O energia interna (U, E) de uma substância é a soma das energias cinética e potencial de todas as suas partículas. Esta magnitude intervém nas reações químicas no cálculos de entalpia:

ΔH = ΔU + PΔV

Esta fórmula de entalpia é baseada na primeira lei da termodinâmica, que está escrita:

ΔQ = ΔU - ΔW

Onde:

Q: calor de um sistema termodinâmico (que pode ser uma reação química). É medido em calorias por mol, assim como as entalpias.

OU: Energia interna do sistema termodinâmico.

C: Trabalho mecânico do sistema termodinâmico, e é calculado com o produto da pressão pela variação de volume (PΔV).

Energia de ativação em reações químicas

O energia de ativação é aquela quantidade de energia que determinará o início das reações químicas, da seguinte forma:

• Se a energia de ativação é muito curto, a reação será espontâneo, isto é, ele começará sozinho e os reagentes serão transformados apenas pelo contato.
• Se a energia de ativação está baixo, você precisará adicionar um pouco de energia aos reagentes para que eles comecem a interagir.
• Se a energia de ativação é alta, será necessário investir energia suficiente para que a reação ocorra.
• Se a energia de ativação é muito alto, teremos que recorrer ao chamado catalisadores, para torná-lo mais acessível.

O catalisadores São substâncias químicas que não participam das reações químicas transformadoras, mas são responsáveis ​​por acelerá-las, diminuindo a energia de ativação para que os reagentes comecem a se tornar produtos.

Uma reação espontânea é, por exemplo, aquela encontrada no metabolismo humano: descarboxilação espontânea de acetoacetato para se tornar acetona, na forma de síntese de corpos cetônicos. Não precisa de enzimas para ser realizado.

Equilíbrio químico e Lei de LeChatelier

A Lei de LeChatelier é aquela que rege o equilíbrio nas reações químicas, e diz:

"Qualquer estímulo dado a uma reação química em equilíbrio fará com que ela responda neutralizando-a, até um ponto diferente de equilíbrio"

A Lei de LeChatelier pode ser descrita de acordo com as variáveis ​​pressão, volume e concentração:

• Sim sei aumente a pressão para a reação, será direcionado para onde menos moles são gerados, seja para os reagentes ou para os produtos.
• Sim sei reduzir a pressão a reação, irá para onde mais moles são gerados, seja para os reagentes ou para os produtos.
• Sim sei aumentar a temperatura para a reação, ele irá para onde o calor é absorvido (reação endotérmica), seja de forma direta (dos reagentes aos produtos) ou de forma reversa (dos produtos aos reagentes).
• Sim sei reduza a temperatura para a reação, ele irá para onde o calor é liberado (reação exotérmica), seja de forma direta (de reagentes para produtos) ou de forma reversa (de produtos para reagentes).
• Sim sei aumenta a concentração de um reagente, a reação será direcionada para gerar mais produtos.
• Sim sei reduz a concentração de um produto, a reação será direcionada para gerar mais reagentes.

Fatores que modificam a velocidade de uma reação

O velocidade de uma reação é a concentração dos reagentes (em mol / litro) que é consumida para cada unidade de tempo.

Existem seis fatores que influenciam essa velocidade:

• Concentração
• Pressão
• Temperatura
• Superfície de contato
• Natureza dos reagentes
• Catalisadores

O concentração é a quantidade de reagente para cada unidade de volume (mol / litro). Se uma quantidade for adicionada, a reação responderá gerando produtos mais rapidamente.

O Pressão só afeta se os reagentes e produtos são gases. A reação responderá de acordo com a Lei LeChatelier.

O temperatura favorece reações dependendo se são endotérmicas ou exotérmicas. Se for endotérmico, um aumento da temperatura irá acelerar a reação. Se for exotérmico, uma redução na temperatura o impulsionará.

O superfície de contato Ajuda as partículas do reagente a se dispersarem melhor entre si, de forma que a reação seja acelerada e os produtos sejam alcançados mais rapidamente.

O natureza dos reagentes, que consiste em sua estrutura molecular, determina a taxa da reação. Por exemplo, ácidos como o ácido clorídrico (HCl) são neutralizados imediatamente, mesmo de forma agressiva, por bases como o hidróxido de sódio (NaOH).

O catalisadores São substâncias químicas que não estão envolvidas na reação, mas são responsáveis ​​por acelerar ou retardar a interação dos reagentes. Eles são comercializados em uma forma física que oferece uma boa área de contato.

Exemplos de energia em reações químicas

Os calores de combustão de vários produtos químicos são mostrados abaixo:

Metano: CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂OU

ΔH = -212800 cal / mol (emite calor, é exotérmico)

Etano: C₂H₆ + (7/2) O₂ -> 2CO₂ + 3H₂OU

ΔH = -372820 cal / mol (emite calor, é exotérmico)

Propano: C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂OU

ΔH = -530600 cal / mol (emite calor, é exotérmico)

Butano: C₄H₁₀ + (13/2) O₂ -> 4CO₂ + 5H₂OU

ΔH = -687980 cal / mol (emite calor, é exotérmico)

Pentano: C₅H₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6H₂OU

ΔH = -845160 cal / mol (emite calor, é exotérmico)

Etileno: C₂H₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂OU

ΔH = -337230 cal / mol (Emite calor, é exotérmico)

Acetileno: C₂H₂ + (5/2) O₂ -> 2CO₂ + H₂OU

ΔH = -310620 cal / mol (emite calor, é exotérmico)

Benzeno: C₆H₆ + (15/2) O₂ -> 6CO₂ + 3H₂OU

ΔH = -787200 cal / mol (emite calor, é exotérmico)

Tolueno: C₇H₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4H₂OU

ΔH = -934500 cal / mol (emite calor, é exotérmico)

Etanol: C₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂OU

ΔH = -326700 cal / mol (emite calor, é exotérmico)