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6.6: Entalpia

Name: Entalpia
Uploaded: 2020-09-03T13:38:27+00:00
Duration: 2 min 59 s
Description: Os químicos usam normalmente uma propriedade conhecida como entalpia (H) para descrever a termodinâmica de processos químicos e físicos. A entalpia é definida como a soma da energia interna de um

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September 03, 2020

Os químicos usam normalmente uma propriedade conhecida como entalpia (H) para descrever a termodinâmica de processos químicos e físicos. A entalpia é definida como a soma da energia interna de um sistema (E) e do produto matemático da sua pressão (P) e volume (V):

A entalpia é uma função de estado. Os valores de entalpia para substâncias específicas não podem ser medidos diretamente; só podem ser determinadas alterações de entalpia para processos químicos ou físicos. Para os processos que ocorrem a uma pressão constante (uma condição comum para muitas alterações químicas e físicas), a alteração da entalpia (ΔH) é:

O produto matemático PΔV representa trabalho (w), nomeadamente trabalho de expansão ou de pressão-volume. Pelas suas definições, os sinais aritméticos de ΔV e w serão sempre opostos:

Substituindo esta equação e a definição de energia interna a uma pressão constante (ΔE = q_p + w) na equação da alteração de entalpia obtemos:

onde q_p é o calor da reação sob condições de pressão constante.

Portanto, se um processo químico ou físico for realizado a uma pressão constante com o único trabalho feito por expansão ou contração (trabalho de P-V), então o fluxo de calor (q_p) e a alteração de entalpia (ΔH) para o processo são iguais.

O calor fornecido ao operar um bico de Bunsen é igual à alteração de entalpia da reação de combustão do metano que ocorre uma vez que ocorre à pressão essencialmente constante da atmosfera. Os químicos geralmente realizam experiências em condições atmosféricas normais, a uma pressão externa constante com q_p = ΔH, o que faz da entalpia a escolha mais conveniente para determinar as alterações de calor para reações químicas.

Um valor negativo de uma alteração da entalpia, ΔH < 0, indica uma reação exotérmica (calor fornecido às imediações); um valor positivo, ΔH > 0, indica uma reação endotérmica (calor absorvido das imediações). Se a direção de uma equação química for invertida, o sinal aritmético da sua ΔH é alterado (um processo que é endotérmico em uma direção é exotérmico na direção oposta).

Conceitualmente, ΔE (uma medida de calor e trabalho) e ΔH (uma medida de calor a uma pressão constante) representam alterações em função do estado do sistema. Em processos onde a alteração de volume, ΔV, é pequena (gelo a derreter), ΔE e ΔH são idênticos. No entanto, se a alteração de volume for significativa (evaporação da água), a quantidade de energia transferida como trabalho será significativa; assim, ΔE e ΔH têm valores significativamente diferentes.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.

Transcript

Algumas reações químicas libertam um calor tremendo e realizam trabalho no meio envolvente, tais como a combustão do combustível de um foguetão que faz com que o mesmo descole do solo. A soma do calor, q, e trabalho, w, é a alteração na energia interna, ΔE como dado pela primeira lei da termodinâmica. Para reações químicas que envolvam gases que ocorrem à pressão atmosférica, o trabalho realizado é o trabalho mecânico associado às alterações de volume quer expansão ou contração.

O trabalho é, portanto, igual ao valor negativo da pressão vezes a alteração do volume. Substituindo por w na primeira lei da termodinâmica e reorganizando os termos da equação mostra que q é igual a ΔE mais P vezes ΔV, dando a expressão para o fluxo de calor sob pressão constante. Noutras reações químicas, tais como a queima de madeira para cozinhar os alimentos, é mais relevante quantificar o calor libertado para facilitar a cozedura, do que para medir a quantidade de trabalho de expansão no meio envolvente.

Uma vez que a energia interna é responsável tanto pelo calor como pelo trabalho, ΔE não é utilizado para condições de pressão constante. Discutir exclusivamente o fluxo de energia na forma de calor, uma nova função termodinâmica entalpia é definida. Entalpia, H, é igual à soma da energia interna, E, com o trabalho pressão-volume, P-V.

Porque a energia, a pressão e o volume são funções de estado, a entalpia é também uma função de estado. Os valores absolutos de entalpia para substâncias específicas não podem ser medidos. Apenas a alteração na entalpia pode ser determinada.

A alteração da entalpia, ΔH, equivale à alteração na energia interna, ΔE, mais P vezes ΔV.Lembremo-nos que a alteração na energia é a soma do calor e o trabalho pressão-volume as equações podem ser combinadas para mostrar que sob condições de pressão constante ΔH é igual ao calor, q, ganho ou perdido pelo sistema. Se o sistema perder energia para o meio envolvente sob a forma de calor como na queima de madeira a temperatura do ambiente aumenta. Isto é descrito por uma convenção de sinais negativos para q.

Consequentemente, ΔH torna-se negativo, e o processo é descrito como exotérmico. Pelo contrário, se o sistema ganhar energia do meio envolvente sob a forma de calor tal como a reação que ocorre numa embalagem química fria a temperatura do meio ambiente diminui. O calor, neste caso, é descrito pela convenção de sinal positivo.

Isto torna ΔH positivo e o processo é chamado endotérmico.