Calores de combustão de alcanos

RKA1JV - Alcanos pouquíssimo reativos, mas eles participam de reações de combustão, se pegarmos o metano e reagirmos com o oxigênio, você terá como produto o dióxido de carbono e água. Para todos os hidrocarbonetos, esses dois produtos são o resultado dessa reação de combustão. O ΔH⁰ para esta reação é de -890 quilojoules por mol, isso quer dizer que, se você colocar um mol de metano em combustão, ele vai liberar 890 quilojoules de energia, de calor. E essa é uma reação, então, exotérmica, que libera calor. O calor de combustão, então, é o calor liberado na combustão completa de 1 mol de determinada substância, neste caso, estamos falando do metano. Vamos falar agora sobre o hexano, vou desenhar aqui a estrutura do hexano, "hex" significa 6, então, temos 6 carbonos, repare que nós temos dois grupos CH₃, então, aqui está um e aqui está o outro e nós temos quatro grupos, CH₂, 1, 2, 3 e 4. Por isso que nós temos um número 4 aqui, então, são quatro grupos CH₂ no hexano, e agora, nós falamos na entalpia negativa, então, é -ΔH⁰ em termos de quilojoules por mol e isso vai me dar um valor positivo aqui, então, para o hexano são 4.163 quilojoules para cada 1 mol da combustão do hexano. A mesma coisa vai acontecer se nós olharmos para o heptano, o prefixo "hepto" significa 7, então, nós estamos aumentando o número de grupos CH₂, nós tínhamos 4 aqui agora nós temos 5. E isso vai levar a um aumento do calor de combustão, mais calor é liberado. Isto faz sentido se pensarmos que estamos aumentando o número de carbonos, então também precisamos aumentar o calor de combustão. Então, se nós aumentarmos em um grupo, CH2, quanto calor de combustão nós vamos precisar aumentar? Para fazer isso, é só subtrairmos aqui 4.163 de 4.817, vai dar uma diferença de 654 quilojoules. Esse padrão se repete se nós formos olhar para o octano, "octo" significa 8, então tem um grupo a mais do que o heptano, com isso nós aumentamos para 5.471 quilojoules para cada mol, o que também vai nos levar a 654 quilojoules de diferença, um aumento de 654 quilojoules. O grupo nonano tem um grupo a mais do que o octano, de CH₂, então, se nós formos estimar o calor de combustão necessário, então, 5.471 mais 654, isso vai nos dar 6.125 quilojoules por mol é a nossa estimativa aqui para o nonano,. O calor de combustão é muito útil quando estamos tentando comparar a estabilidade de isômeros, por exemplo, aqui nós temos o octano, o 2-metilheptano e o 2,2-dimetilhexano, essas três moléculas têm a fórmula C₈H₁₈, a mesma fórmula. Então, se nós queremos aqui a reação de combustão, então, vocês já sabem, nosso produto aqui será CO₂ mais H₂O. Vamos balancear essa reação, então, nós temos 8 carbonos do lado esquerdo, e agora vamos olhar para os hidrogênios, temos 18 hidrogênios do lado esquerdo, então precisamos de 9 do lado direito, porque 9 vezes 2 é 18. Agora, vamos ver quantos oxigênios nós temos aqui do lado direito, nós temos 8 vezes 2, 16 e 9 da água, o que dá um total de 25 oxigênios do lado direito. Então, do lado esquerdo aqui, nós vamos colocar 25, vamos supor que não exista esse número 2 aqui, seriam 25 oxigênio, mas como nós temos um número 2, são 2 oxigênios aqui, vamos dividir, então, 25 por 2. Então, estamos falando de 1 mol de C₈H₁₈, por isso nós podemos deixar aqui em forma de fração mesmo, então, 25 dividido por 2 é a quantidade de oxigênio necessária para completar a reação de combustão de 1 mol de C₈H₁₈. Então, agora nós temos nossa reação balanceada para combustão do C₈H₁₈, se compararmos estes três isômeros, octano, 2-metilheptano e o 2,2-dimetilhexano, em termos de calor de combustão, podemos descobrir qual o isômero mais estável. Aqui nós temos um diagrama de energia para os nossos três isômeros, então, aqui à esquerda vamos colocar a energia, e todos os nossos três isômeros vão produzir o mesmo produto na reação de combustão, então, para cada mol do isômero, nós temos 8 CO₂ + 9 H₂O como produto. Então, vamos dizer que este é o nível associado aos nossos produtos, que é igual para os três isômeros. Em seguida, vamos olhar para os dados de calor de combustão para cada um desses compostos e este valor é determinado experimentalmente. O octano, por exemplo, tem o calor de combustão de 5.471 quilojoules por mol, então essa é quantidade de calor liberada, 5.471 quilojoules por mol. Então, se nós sabemos o nível de energia dos produtos e sabemos que é liberado 5.471 quilojoules por mol, nós podemos descobrir o nível de energia do octano. Vamos ver agora para o 2-metilheptano, então, o nível de energia dos produtos está aqui, e o valor de combustão, do 2-metilheptano é de aproximadamente 5.466 quilojoules por mol, então, essa é a quantidade de energia liberada na reação de combustão de 1 mol do 2-metilheptano. Então, já que o nível de energia dos produtos é o mesmo para o octano e o 2-metilheptano, significa que o nível de energia para o 2-metilheptano é mais baixo do que para o octano. Veja, nós temos aqui 5.466 quilojoules por mol, para o 2,2-dimetilhexano, nós também temos o mesmo nível de energia para os produtos. O calor de combustão é de 5.458 quilojoules por mol, quantidade de calor liberado na combustão de 1 mol dessa substância, isso significa que a quantidade de calor necessária para o 2,2-dimetilhexano, é mais baixa e quanto maior a energia, menos estável é o composto. Então, o octano tem energia mais alta, maior calor de combustão, então este é o composto menos estável dos três. Quanto mais baixo for a energia, mais estável vai ser o composto, então, significa que o 2,2-dimetilhexano é o mais estável, é o isômero mais estável dos três. Então, se você reparar, à medida que vamos do octano para o 2-metilheptano, para o 2,2-dimetilhexano, o número de ramificações aumenta, então, nós aumentamos o número de ramificações. E o que acontece com o calor de combustão? Se nós definirmos o calor de combustão como negativo da variação de entalpia, o calor de combustão diminui de 5.471 para 5.466, para 5.458, então, existe uma diminuição no calor de combustão. E o que acontece com a estabilidade? Compostos mais ramificados são mais estáveis, então, no geral, aumentar o número de ramificações também aumenta a estabilidade, é assim que a gente analisa a estabilidade dos isômeros. Lembre-se, quanto mais baixa é a energia, mais estável é o isômero. então, o composto que tem o maior calor de combustão é o menos estável e aquele que tem o calor de combustão mais baixo é o mais estável, então, os alcanos ramificados são mais estáveis. Bem, pessoal, espero que vocês tenham gostado. Por hoje é só e até o próximo vídeo!