O que é variação de entalpia?

Variação de entalpia é uma grandeza física representada pela sigla ΔH (a letra grega Δ significa variação e a letra H representa entalpia) que indica a quantidade de energia absorvida ou liberada por uma reação química.

• Reação endotérmica: quando há absorção de energia;

• Reação exotérmica: quando há liberação de energia.

Expressão para o cálculo da variação da entalpia

Assim como todas as variações trabalhadas na Física, a variação de entalpia é determinada a partir da subtração entre o resultado final e o inicial. Como o final de uma reação corresponde aos produtos e o início equivale aos reagentes, logo:

ΔH = Produtos - Reagentes

Como toda substância química apresenta uma quantidade específica de energia (entalpia), para calcular a variação da entalpia, é necessário levar em consideração a quantidade energética de cada membro da reação, da seguinte forma:

• Reagentes: caso a reação apresente mais de um produto, suas entalpias também devem ser somadas;

Se uma reação apresentar a seguinte equação:

A + 2 B →

A entalpia dos reagentes será dada pela soma da entalpia do reagente A com a soma do dobro da entalpia de B (isso porque existem 2 mol de B na equação).

Hr = HA + 2.HB

• Produtos: caso a reação apresente mais de um produto, suas entalpias devem ser somadas;

Se uma reação apresentar a seguinte equação:

A + 2 B → C + 3D

A entalpia dos reagentes será dada pela soma da entalpia do produto C com a soma do triplo da entalpia de D (isso porque existem 3 mol de D na equação).

Hp = HC + 3.HD

Dessa forma, a expressão para calcular a variação da entalpia é dada pela subtração entre a entalpia dos produtos e a entalpia dos reagentes de uma reação química.

ΔH = Hp - Hr

Interpretando o resultado da variação da entalpia

Por se tratar de uma subtração entre as entalpias dos produtos e dos reagentes, o resultado da variação da entalpia pode ser positivo ou negativo.

• Negativo: quando a entalpia dos reagentes for maior que a dos produtos.

Hr > Hp

• Positivo: quando a entalpia dos produtos for maior que a dos reagentes.

Hp > Hr

A partir do resultado da variação da entalpia, podemos classificar a reação em endotérmica ou exotérmica, segundo o seguinte critério:

• Endotérmica: quando o resultado for positivo.

ΔH > 0

• Exotérmica: quando o resultado for negativo.

ΔH < 0

Exemplos de como determinar a variação da entalpia de uma reação química

1º Exemplo (UFF-RJ): Considere os valores de entalpia padrão de formação (ΔH^o_f) em KJ.mol^-1 a 25 °C, das seguintes substâncias:

• CH_4(g) = -74,8

• CHCl_3(l) = - 134,5

• HCl_(g) = - 92,3

Para a seguinte reação:

CH_4(g) + 3Cl_2(g) → CHCl_3(l) + 3HCl_(g)

O ΔH^o_f será:

a) - 151,9 KJ.mol^-1

b) 168,3 KJ.mol^-1

c) - 673,2 KJ.mol^-1

d) - 336,6 KJ.mol^-1

e) 841,5 KJ.mol^-1

Para determinar a variação da entalpia dessa reação, devemos realizar os seguintes passos:

• 1^o Passo: Verificar se a equação está balanceada. Caso não esteja, deve ser balanceada.

A equação fornecida pelo exercício está balanceada, assim, temos 1 mol de CH₄ e 3 mol de Cl₂ nos reagentes, e 1 mol de CHCl₃ e 3 mol de HCl nos produtos.

• 2^o Passo: Calcular a quantidade de entalpia dos produtos (Hp), multiplicando a quantidade em mol pela entalpia fornecida e, em seguida, somando os resultados:

Hp = produto CHCl₃ + produto HCl

Hp = 1.(-134,5) + 3.(-92,3)

Hp = -134,5 + (-276,9)

Hp = -134,5 – 276,9

Hp = - 411,4 KJ.mol^-1

• 3^o Passo: Calcular a quantidade de entalpia dos reagentes (Hr), multiplicando a quantidade em mol pela entalpia fornecida e, em seguida, somando os resultados:

Obs.: Como o Cl₂ é uma substância simples, logo, a sua entalpia vale 0.

Hr = reagente CH₄ + reagente Cl₂

Hr = 1.(-74,8) + 3.(0)

Hr = -74,8 + 0

Hr = -74,8 KJ.mol^-1

• 4^o Passo: Calcular a variação de entalpia, utilizando os valores encontrados nos passos anteriores na seguinte expressão:

ΔH^o_f = Hp – Hr

ΔH^o_f = - 411,4 - (-74,8)

ΔH^o_f = -411,4 + 74,8

ΔH^o_f = -336,6 KJ.mol^-1

2º Exemplo (UEM-PR): É possível preparar gás oxigênio em laboratório pelo aquecimento cuidadoso de clorato de potássio, de acordo com a reação:

2KClO_3(s) → 2KCl_(s) + 3O_2(g)           ΔH= +812 KJ/mol

Supondo-se que a entalpia do KCl_(s) vale +486 KJ/Mol e considerando o sistema a 25 ºC e 1 atm, qual é o valor da entalpia padrão do KClO_3(s) em KJ/mol?

Para determinar a entalpia de um dos componentes da equação a partir do conhecimento da variação de entalpia, devemos realizar os seguintes passos:

• 1^o Passo: Verificar se a equação está balanceada. Caso não esteja, deve ser balanceada.

A equação fornecida pelo exercício está balanceada, assim, temos 2 mol de KclO₃ no reagente, e 2 mol de KCl e 3 mol de O₂ nos produtos.

• 2^o Passo: Calcular a quantidade de entalpia dos produtos (Hp), multiplicando a quantidade em mol pela entalpia fornecida e, em seguida, somando os resultados:

Obs.: Como o O₂ é uma substância simples, logo, a sua entalpia vale 0.

Hp = produto KCl + produto O₂

Hp = 2.(+486) + 3.(0)

Hp = +972 + 0

Hp = 972 KJ.mol^-1

• 3^o Passo: Calcular a entalpia do reagente KClO₃, utilizando a variação da entalpia, fornecida no enunciado, e a entalpia dos produtos calculada no passo anterior, na expressão a seguir:

ΔH^o_f = Hp – Hr

812 = 972 – 2.(Hr)

2Hr = 972– 812

2Hr = 160

Hr = 160
       2

Hr = 80 KJ/mol