Vamos falar sobre o que é o calor de formação, e também definir aquelas condições que são chamadas de padrão. Para entender essa questão, descobriremos as diferenças entre substâncias simples e complexas. Para consolidar o conceito de "calor de formação", considere equações químicas específicas.
Entalpia padrão de formação de substâncias
Na reação de interação do carbono com o hidrogênio gasoso, 76 kJ de energia são liberados. Neste caso, esta figura é o efeito térmico de uma reação química. Mas este também é o calor de formação de uma molécula de metano a partir de substâncias simples. "Por que?" - você pergunta. Isso se deve ao fato de que os componentes iniciais eram carbono e hidrogênio. 76 kJ/mol será a energia que os químicos chamam de "calor de formação".
Tabelas de dados
Em termoquímica, existem inúmeras tabelas que indicam os calores de formação de vários produtos químicos a partir de substâncias simples. Por exemplo, o calor de formação de uma substância cuja fórmula é CO2, no estado gasosotem um índice de 393,5 kJ/mol.
Valor prático
Por que precisamos desses valores? O calor de formação é um valor que é usado ao calcular o efeito do calor de qualquer processo químico. Para realizar tais cálculos será necessária a aplicação da lei da termoquímica.
Termoquímica
Ele é a lei básica que explica os processos energéticos observados no processo de uma reação química. Durante a interação, são observadas transformações qualitativas no sistema reagente. Algumas substâncias desaparecem, novos componentes aparecem. Tal processo é acompanhado por uma mudança no sistema interno de energia, que se manifesta na forma de trabalho ou calor. O trabalho associado à expansão tem um indicador mínimo de transformações químicas. O calor liberado na transformação de um componente em outra substância pode ser grande.
Se considerarmos uma variedade de transformações, para quase todas há absorção ou liberação de uma certa quantidade de calor. Para explicar os fenômenos que ocorrem, uma seção especial foi criada - termoquímica.
Lei de Hess
Graças à primeira lei da termodinâmica, tornou-se possível calcular o efeito térmico dependendo das condições de uma reação química. Os cálculos são baseados na lei básica da termoquímica, a lei de Hess. Damos sua formulação: o efeito térmico de uma transformação químicaassociada à natureza, ao estado inicial e final da matéria, não está associada à forma como a interação é realizada.
O que se segue deste texto? No caso da obtenção de determinado produto, não há necessidade de utilizar apenas uma opção de interação, é possível realizar a reação de diversas formas. De qualquer forma, não importa como você obtenha a substância desejada, o efeito térmico do processo será o mesmo valor. Para determiná-lo, é necessário somar os efeitos térmicos de todas as transformações intermediárias. Graças à lei de Hess, tornou-se possível realizar cálculos de indicadores numéricos de efeitos térmicos, o que é impossível de realizar em um calorímetro. Por exemplo, quantitativamente o calor de formação da substância de monóxido de carbono é calculado de acordo com a lei de Hess, mas você não poderá determiná-lo por experimentos comuns. É por isso que as tabelas termoquímicas especiais são tão importantes, nas quais são inseridos valores numéricos para várias substâncias, determinadas sob condições padrão
Pontos importantes nos cálculos
Dado que o calor de formação é o efeito térmico da reação, o estado de agregação da substância em questão é de particular importância. Por exemplo, ao fazer medições, costuma-se considerar grafite, em vez de diamante, como o estado padrão do carbono. A pressão e a temperatura também são levadas em consideração, ou seja, as condições em que os componentes reagentes foram inicialmente localizados. Essas quantidades físicas podem ter um efeito significativo na interação, aumentando ou diminuindo o valor da energia. Para cálculos básicos,termoquímica, costuma-se usar indicadores específicos de pressão e temperatura.
Condições Padrão
Como o calor de formação de uma substância é a determinação da magnitude do efeito da energia sob condições padrão, vamos separá-los separadamente. A temperatura para cálculos é escolhida 298 K (25 graus Celsius), pressão - 1 atmosfera. Além disso, um ponto importante que merece atenção é o fato de que o calor de formação de qualquer substância simples é zero. Isso é lógico, pois as substâncias simples não se formam, ou seja, não há gasto de energia para sua formação.
Elementos da termoquímica
Esta seção da química moderna é de particular importância, porque é aqui que são realizados cálculos importantes, são obtidos resultados específicos que são usados na engenharia de energia térmica. Em termoquímica, existem muitos conceitos e termos que são importantes operar para obter os resultados desejados. A entalpia (ΔH) indica que a interação química ocorreu em um sistema fechado, não houve influência na reação de outros reagentes, a pressão foi constante. Esse esclarecimento nos permite falar sobre a precisão dos cálculos realizados.
Dependendo do tipo de reação considerada, a magnitude e o sinal do efeito térmico resultante podem diferir significativamente. Assim, para todas as transformações que envolvem a decomposição de uma substância complexa em vários componentes mais simples, assume-se a absorção de calor. As reações de combinação de muitas substâncias iniciais em um produto mais complexo são acompanhadas porliberando uma quantidade significativa de energia.
Conclusão
Ao resolver qualquer problema termoquímico, o mesmo algoritmo de ações é usado. Primeiramente, de acordo com a tabela, para cada componente inicial, bem como para os produtos da reação, determina-se o valor do calor de formação, não esquecendo o estado de agregação. Além disso, armados com a lei de Hess, eles compõem uma equação para determinar o valor desejado.
Especial atenção deve ser dada para levar em conta os coeficientes estereoquímicos que existem na frente das substâncias iniciais ou finais em uma equação particular. Se houver substâncias simples na reação, seus calores padrão de formação são iguais a zero, ou seja, tais componentes não afetam o resultado obtido nos cálculos. Vamos tentar usar as informações recebidas em uma reação específica. Se tomarmos como exemplo o processo de formação de metal puro a partir de óxido de ferro (Fe3+) por interação com grafite, então no livro de referência você pode encontrar os valores do calor padrão de formação. Para óxido de ferro (Fe3+) será –822,1 kJ/mol, para grafite (uma substância simples) é igual a zero. Como resultado da reação, forma-se monóxido de carbono (CO), para o qual este indicador tem valor de 110,5 kJ/mol, e para o ferro liberado, o calor de formação corresponde a zero. O registro do calor padrão de formação de uma dada interação química é assim caracterizado:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
AnalisandoPelo resultado numérico obtido pela lei de Hess, podemos concluir lógicamente que este processo é uma transformação endotérmica, ou seja, envolve o gasto de energia para a reação de redução do ferro a partir de seu óxido trivalente.
