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A termoquímica é uma área da química que estuda as trocas de energia, especialmente na forma de calor, durante as reações químicas. Ela analisa como a energia é liberada ou absorvida nos processos químicos e como essas trocas influenciam a reação e seus produtos. Compreender a termoquímica é essencial para aplicações em diversas áreas, como engenharia, biotecnologia e, claro, no cotidiano.

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Reações exotérmicas são aquelas que liberam energia na forma de calor para o ambiente. Isso acontece porque a energia liberada na formação dos produtos é maior do que a energia necessária para romper as ligações dos reagentes.

Exemplos:

Combustão de substâncias (como madeira, gasolina, etc.)

Reação entre ácidos e bases (por exemplo, ácido clorídrico com hidróxido de sódio)

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Reações endotérmicas são aquelas que absorvem energia na forma de calor do ambiente, ou seja, a energia dos produtos é maior que a dos reagentes, exigindo um aporte de energia para ocorrer.

Exemplos:

Fotossíntese

Decomposição do carbonato de cálcio (que precisa de calor para ocorrer)

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A entalpia (ΔH) é uma grandeza termodinâmica que representa o conteúdo de energia de um sistema, incluindo energia interna e a energia relacionada ao trabalho realizado pelo sistema sobre a sua vizinhança. Em reações químicas, a mudança de entalpia (ΔH) indica a quantidade de calor absorvido ou liberado.

ΔH > 0: Reação endotérmica (absorve calor)

ΔH < 0: Reação exotérmica (libera calor)

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A Lei de Hess afirma que a variação de entalpia total de uma reação química é a soma das variações de entalpia das reações intermediárias, independentemente do caminho tomado. Essa lei é útil porque permite calcular a entalpia de reações que não podem ser diretamente observadas.

Esquema:

Imagine duas reações:

1. A→BA \to BA→B com ΔH1

2. B→CB \to CB→C com ΔH2

Então, a variação total da entalpia para a reação A→CA \to CA→C será:

ΔH=ΔH1+ΔH2ΔH = ΔH1 + ΔH2ΔH=ΔH1+ΔH2

Esse conceito pode ser visualizado em um diagrama de entalpia, onde a soma das energias das etapas intermediárias resulta na energia total da reação.

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A termoquímica está presente no nosso dia a dia em diversos processos. Por exemplo:

Compostos de combustão como o gás de cozinha (GLP), que libera calor em reações exotérmicas.

Reações endotérmicas, como as que ocorrem em baterias recarregáveis, onde a absorção de energia é essencial para o funcionamento.

Reações biológicas no corpo humano, como a digestão de alimentos, que também envolvem a troca de energia.

Esses exemplos demonstram como a termoquímica influencia várias tecnologias e processos biológicos do nosso cotidiano.

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No contexto da sustentabilidade, a termoquímica desempenha um papel crucial na busca por fontes de energia mais limpas e eficientes. Reações exotérmicas, como a que ocorre na queima de biocombustíveis, podem ser mais sustentáveis do que o uso de combustíveis fósseis. Além disso, o estudo das reações endotérmicas permite o desenvolvimento de tecnologias que, por exemplo, possam capturar e armazenar energia de maneira mais eficiente, como em baterias de lítio.

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https://brasilescola.uol.com.br/quimica/processos-endotermicos-exotermicos.htm

https://www.todamateria.com.br/termoquimica/

https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/termoquimica.htm

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Para uma introdução ao estudo da Termoquímica, veja como ela pode ser conceituada:

A Termoquímica é um ramo da Físico-Química que estuda as reações químicas e os processos físicos que envolvem trocas de calor.

Essas reações e processos são extremamente importantes para a vida no planeta e também são muito frequentes no cotidiano.

Na Termoquímica, os processos e reações que ocorrem com liberação de calor e consequente aumento da temperatura das vizinhanças são chamados de exotérmicos . O prefixo exo significa "para fora".

Uma reação química bastante comum e importante que é um exemplo de reação exotérmica é a combustão. Na imagem a seguir, por exemplo, temos uma fogueira que libera grande quantidade de energia na forma de luz e calor.

Esse calor liberado nas reações de combustão pode ser aproveitado para cozinhar alimentos e gerar aquecimento e outros tipos de energia, como a elétrica e a mecânica. A combustão da gasolina, por exemplo, faz um carro andar, e a combustão do carvão ou de outros combustíveis gera eletricidade para indústrias.

A reação de combustão é um exemplo de reação exotérmica

Um exemplo de processo físico que é exotérmico é a condensação. Você já reparou que, se deixarmos uma garrafa de refrigerante gelado por um tempo em cima da mesa, serão formadas algumas gotas de água do lado de fora da garrafa? Esse processo é conhecido como condensação, que nada mais é do que a passagem do estado de vapor da água que está presente no ar para o estado líquido. Isso acontece porque, ao entrar em contato com a superfície da garrafa que está a uma menor temperatura, a umidade do ar perde calor e assim volta para o estado líquido.

A condensação é um processo físico exotérmico

A solidificação, isto é, a passagem do estado líquido para o sólido, também é um processo exotérmico, pois ocorre perda de calor. Esse é o caso da água que vira gelo.

Por outro lado, os processos químicos e físicos que ocorrem com absorção de calor e diminuição da temperatura das vizinhanças são chamados de endotérmicos . O prefixo endo significa "para dentro".

Um exemplo de reação endotérmica muito importante é a fotossíntese, isto é, a reação entre o gás carbônico do ar e a água para a produção de moléculas orgânicas, como a glicose e o gás oxigênio. Mas para que essa reação ocorra, a energia solar faz-se necessária.

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A fotossíntese é uma reação química que ocorre com absorção de calor

Um fenômeno físico que ocorre com absorção de calor é a evaporação (passagem do estado líquido para o de vapor). Como acontece com as roupas lavadas que colocamos para secar no varal, a água passa para o estado de vapor porque recebeu energia solar.

Roupas secando no varal - exemplo de processo físico endotérmico

Mais exemplos podem ser vistos no texto Processos endotérmicos e exotérmicos.

A energia em forma de calor que é liberada ou absorvida em uma reação química é denominada em Termoquímica de variação de entalpia e é simbolizada por Δ. A entalpia (H) designa o conteúdo de energia de cada substância. Visto que não se conhece até hoje uma maneira experimental de determinar o valor da entalpia, normalmente se trabalha com a variação da entalpia nas reações e nas mudanças de estado físico, que é dada pela diferença entre a entalpia dos produtos e a dos reagentes (ΔH = H produtos - H reagentes).

Mas de onde vem essa energia que é perdida ou recebida?

Bem, vamos falar primeiro das reações exotérmicas. Quando ocorre uma reação, as ligações entre os átomos dos regentes precisam ser rompidas para que as ligações químicas dos produtos sejam formadas. A quebra de uma ligação química libera determinada quantidade de energia; mas quando se forma uma ligação, há absorção de energia.

Entretanto, a quantidade de energia liberada e a quantidade de energia absorvida não são as mesmas, pois seus valores dependem dos tipos de átomo que estão ligados. Visto que os átomos possuem energias diferentes, a quantidade de energia liberada no momento da quebra das ligações dos reagentes é uma, e a absorvida na formação dos produtos é outra.

Se a energia liberada na quebra das ligações químicas for maior que a absorvida, então essa energia será liberada para o meio, caracterizando uma reação exotérmica.

O contrário ocorre nas reações endotérmicas, isto é, a energia necessária para a formação dos produtos é maior que a energia liberada na quebra das ligações dos átomos dos reagentes. Assim, é preciso fornecer calor ao meio para vencer essa diferença, e a reação ocorre com absorção de calor.

Para aprofundar seus conhecimentos acerca dessa área de estudos, acesse os textos da subseção Termoquímica.

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Termoquímica. Introdução ao estudo da Termoquímica - Mundo Educação

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Para uma introdução ao estudo da Termoquímica, veja como ela pode ser conceituada: A Termoquímica é um ramo da Físico-Química que estuda as reações químicas e os processos físicos que envolvem trocas de calor. Essas reações e processos são extremamente importantes para a vida no planeta e também são muito frequentes no cotidiano.