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A termoquímica é a área da química que analisa as variações de energia, especificamente o calor, em reações químicas e transições de fase. Ela se concentra em entender como a energia é absorvida ou liberada, classificando os processos em exotérmicos (liberação de calor) ou endotérmicos (absorção de calor).

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A termoquímica, também chamada de termodinâmica química, é o ramo da físico-química que estuda as quantidades de calor absorvidas ou liberadas em reações químicas. A reação que absorve energia é chamada de reação endotérmico quando o delta H maior que 0, sinal negativo no produto ou sinal positivo no reagente.

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Em termoquímica, reações exotérmicas são aquelas que liberam calor para o ambiente, resultando em um aumento da temperatura do meio. O oposto são as reações endotérmicas, que absorvem calor do ambiente, diminuindo sua temperatura.

Conceito:

Reações exotérmicas ocorrem quando a energia total dos produtos é menor que a energia total dos reagentes. Essa diferença de energia é liberada na forma de calor, tornando o ambiente mais quente. O prefixo "exo-" indica "para fora", ou seja, a energia está saindo do sistema (reação) para o ambiente.

Exemplos:

Combustão:

A queima de combustíveis como madeira, gás natural, gasolina e álcool libera calor e luz.

Solidificação:

A transformação de um líquido em sólido, como a água congelando, libera calor.

Condensação:

A transformação de um gás em líquido, como o vapor d'água se transformando em chuva, libera calor.

Reação de neutralização:

A reação entre um ácido e uma base libera calor, como a reação entre ácido clorídrico e hidróxido de sódio.

Funcionamento de pilhas e baterias:

A liberação de energia elétrica em pilhas e baterias é um processo exotérmico, onde a energia química é convertida em energia elétrica.

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Em termoquímica, reações endotérmicas são aquelas que absorvem calor do ambiente para ocorrer. Em outras palavras, a energia do sistema (reagentes e produtos) aumenta durante a reação, resultando em um ganho de calor do meio externo.

Conceito:

Reações endotérmicas ocorrem quando a energia necessária para quebrar as ligações químicas dos reagentes é maior do que a energia liberada ao formar as novas ligações nos produtos. Essa diferença de energia é absorvida do ambiente na forma de calor, o que leva ao resfriamento do meio onde a reação ocorre.

Exemplos:

Fotossíntese:

As plantas absorvem energia solar (luz) para converter dióxido de carbono e água em glicose e oxigênio, um processo endotérmico.

Fusão do gelo:

A passagem do gelo (sólido) para a água líquida (fusão) absorve calor do ambiente, o que pode ser percebido quando colocamos gelo em um copo de água.

Decomposição do calcário (CaCO3):

Para quebrar o calcário em óxido de cálcio e dióxido de carbono, é necessário fornecer calor, tornando a reação endotérmica.

Dissolução de alguns sais em água:

Alguns sais, como o nitrato de amônio (NH4NO3), quando dissolvidos em água, absorvem calor do ambiente, causando resfriamento da solução.

Bolsas de gelo instantâneas:

O mecanismo dessas bolsas geralmente envolve a dissolução de um sal em água, absorvendo calor do ambiente e resfriando o local da aplicação.

Representação Gráfica:

Em um gráfico de energia, uma reação endotérmica é representada da seguinte forma:

Os reagentes são mostrados em um nível de energia mais baixo do que os produtos.

A diferença de energia entre os reagentes e os produtos, que é a energia absorvida durante a reação, é representada por uma seta ascendente.

A variação de entalpia (ΔH) para reações endotérmicas é sempre positiva (ΔH > 0), indicando que houve absorção de calor pelo sistema.

Em resumo:

Reações endotérmicas são processos que absorvem calor do ambiente para ocorrer, o que pode ser facilmente observado em situações como a fotossíntese, a fusão do gelo ou o uso de bolsas de gelo instantâneas. A representação gráfica dessas reações mostra um aumento na energia do sistema (entalpia), com ΔH > 0.

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A entalpia (ΔH) é um conceito termoquímico que descreve a quantidade de calor trocada em uma reação química a pressão constante. É uma medida da energia contida em um sistema e varia conforme a reação ocorre. Reações que liberam calor têm ΔH negativo (exotérmicas), enquanto aquelas que absorvem calor têm ΔH positivo (endotérmicas).

Conceito de Entalpia:

A entalpia (H) é uma função de estado, o que significa que sua variação (ΔH) depende apenas do estado inicial e final do sistema, não do caminho percorrido.

Em termos práticos, a entalpia é a energia interna de um sistema mais o produto da pressão e do volume.

Para reações químicas, a entalpia é frequentemente utilizada para calcular a quantidade de calor liberado ou absorvido durante a reação, sob pressão constante.

Interpretação Termoquímica:

Variação de Entalpia (ΔH): ΔH = H_produtos - H_reagentes.

Reações Exotérmicas: ΔH < 0 (liberação de calor).

Reações Endotérmicas: ΔH > 0 (absorção de calor).

Exemplos:

Combustão:

Uma reação exotérmica, como a queima de um combustível, libera calor para o ambiente, resultando em um ΔH negativo.

Dissolução de Nitrato de Amônio:

Uma reação endotérmica, como a dissolução de nitrato de amônio em água, absorve calor do ambiente, resultando em um ΔH positivo.

Cálculo da Variação de Entalpia:

Existem diferentes métodos para calcular a variação de entalpia, incluindo:

Entalpia de Formação: A variação de entalpia quando 1 mol de uma substância é formado a partir de seus elementos no estado padrão.

Energia de Ligação: A energia necessária para quebrar ou formar ligações químicas.

Lei de Hess: Permite calcular o ΔH de uma reação global a partir da soma dos ΔH de reações intermediárias.

Aplicações:

A termoquímica, incluindo o conceito de entalpia, tem diversas aplicações, como:

Previsão de Reações: Determinar se uma reação ocorrerá espontaneamente (em termos de liberação ou absorção de calor).

Dimensionamento de Processos Químicos: Calcular a quantidade de calor envolvida em reações industriais para otimizar processos.

Estudo de Alimentos: Calcular o valor energético dos alimentos através da termoquímica.

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Explicação:

A Lei de Hess é baseada no princípio da conservação de energia. A entalpia, sendo uma propriedade do estado, não depende do caminho seguido para alcançar um determinado estado. Portanto, a variação de entalpia total de uma reação é a mesma, quer ela ocorra em uma única etapa ou em várias etapas intermediárias.

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A Lei de Hess estabelece que a variação de entalpia (ΔH) em uma reação química é independente do número de etapas, dependendo apenas do estado inicial e final dos reagentes e produtos. Em outras palavras, se uma reação pode ser dividida em várias etapas, a variação de entalpia da reação global é a soma das variações de entalpia de cada etapa individual.

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A termoquímica, que estuda a troca de calor em reações químicas e mudanças de estado físico, está presente em diversas situações do cotidiano. Exemplos incluem a queima de combustíveis, o cozimento de alimentos, o funcionamento de sistemas de refrigeração e até mesmo a digestão.

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A termoquímica desempenha um papel crucial na sustentabilidade, pois estuda as trocas de calor em reações químicas, permitindo otimizar processos e reduzir o impacto ambiental. A aplicação de princípios termoquímicos é essencial na busca por processos mais eficientes e sustentáveis, como a produção de energia a partir de fontes renováveis e a redução de resíduos.

Relação entre Termoquímica e Sustentabilidade:

Otimização de Processos:

A termoquímica permite analisar a energia envolvida nas reações químicas, auxiliando na escolha de rotas reacionais mais eficientes e com menor geração de resíduos.

Fontes de Energia Renovável:

A termoquímica é fundamental para o desenvolvimento de tecnologias de conversão de energia renovável, como a biomassa e a energia solar, que são essenciais para a transição para uma economia de baixo carbono.

Química Verde:

A termoquímica é um componente chave da Química Verde, que busca desenvolver processos e produtos químicos que minimizem o uso e a geração de substâncias perigosas, reduzindo o impacto ambiental.

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Un artículo de la UMU, portada en la revista líder de Química Verde (26_01_2017)

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Thermodynamics:

Livros como "Chemical Thermodynamics" de Peter A. Rock proporcionam uma introdução abrangente aos princípios da termodinâmica química, incluindo a termoquímica. Abordam conceitos fundamentais e exemplos práticos.

Thermodynamique chimique:

Obras como "Thermodynamique chimique" de Brenon-Audat, Busquet C. e Mesnil C. podem ser referências úteis, especialmente para aqueles que procuram uma abordagem mais focada na termodinâmica química.