Entalpia de formação

RKA12JL – Olá! Tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de Ciências da Natureza. E, nesta aula, vamos conversar sobre a entalpia de formação. A entalpia de formação se refere à variação de entalpia para a formação de 1 mol de uma substância a partir da forma mais estável de seus elementos constituintes. A variação de entalpia é simbolizada pelo ΔH (delta H), o “F” subscrito representa formação, e o zero sobrescrito se refere ao fato de que tudo está sob condições de estado padrão, ou seja, que se refere a uma pressão atmosférica de 1 atmosfera e a uma temperatura especificada, que geralmente é de 25 graus Celsius. Sendo assim, quando pensamos sobre a entalpia de formação padrão, pensamos sobre os elementos e o estado em que existem sob condições padrão. Portanto, os seus elementos devem estar em seus estados padrão. Sabendo disso, vamos pensar aqui em formar 1 mol de dióxido de carbono. O dióxido de carbono é composto pelos elementos carbono e oxigênio e, sob condições padrão, a forma mais estável de carbono é o grafite. Então, vamos escrever carbono no estado sólido e vamos escrever grafite aqui. Agora, vamos pensar sobre a forma mais estável de oxigênio nas condições padrão. Com uma pressão de 1 atm (ou seja, com uma pressão atmosférica) e com a temperatura ambiente de 25 graus Celsius, a forma mais estável do oxigênio é o gás oxigênio. Portanto, podemos escrever aqui O₂. E já que estamos formando 1 mol de dióxido de carbono a partir dos elementos que compõem o dióxido de carbono em sua forma mais estável sob condições padrão, a variação de entalpia para isso é a entalpia de formação padrão. Temos nosso “F” subscrito e o zero sobrescrito, o que indica que estamos sob as condições padrão. A variação de entalpia para a formação de 1 mol de CO₂ é igual a -393,5 quilojoules por 1 mol de dióxido de carbono. Vamos ver mais alguns exemplos que mostram a formação de 1 mol de uma substância? Por exemplo, temos aqui a equação que mostra a formação de 1 mol de água. A água é composta de hidrogênio e oxigênio, e as formas mais estáveis desses dois elementos sob condições padrão são o gás hidrogênio e o gás oxigênio. Para os coeficientes formarem 1 mol de água, precisamos de ½ como nosso coeficiente na frente de O₂. A variação de entalpia de formação para a formação de 1 mol de água é de -285,8 quilojoules por mol. Podemos ver a mesma coisa para a formação de 1 mol de metano (CH₄). Já sabemos que a forma mais estável de carbono é o grafite, e a forma mais estável de hidrogênio é o gás hidrogênio, então, a entalpia de formação padrão para a formação de 1 mol de metano é igual a -74,8 quilojoules por mol. Agora, vamos pensar sobre a formação de 1 mol de gás oxigênio. Bem, estamos formando o gás oxigênio a partir da forma mais estável de oxigênio sob condições padrão, que também é o gás oxigênio diatômico O₂. Portanto, não estamos mudando nada, estamos indo de O₂ para O₂. E, uma vez que não há alteração, não há mudança na entalpia. Portanto, a entalpia de formação padrão é igual a zero, e isso é verdade para a forma mais estável de qualquer elemento. A entalpia padrão de formação da forma mais estável de qualquer elemento é zero, já que você vai estar criando algo a partir da mesma coisa. As entalpias de formação padrão em quilojoules por mol são frequentemente encontradas nos apêndices de muitos livros didáticos. E, se você olhar no apêndice de um livro, verá a entalpia de formação padrão para o gás oxigênio diatômico, O₂, sendo igual a zero. Agora o ozônio, que é o O₃, também existe em condições padrão e tem um valor que não é zero, afinal não estamos falando da forma mais estável do oxigênio sob condições padrão. O valor tabelado da entalpia de formação padrão é 142,3 quilojoules por mol. O grafite é a forma mais estável do carbono nas condições padrão de temperatura e pressão, portanto, ele tem uma entalpia de formação padrão sendo igual a zero. Mas, é claro, o diamante também existe em condições padrão, mas não é a forma mais estável, portanto, sua entalpia de formação padrão não é zero, mas 1,88 quilojoules por mol. As entalpias de formação podem ser usadas para calcular a variação de entalpia para uma reação química. Podemos fazer isso, inclusive, usando a seguinte equação: a variação de entalpia padrão para uma reação química é igual à soma das entalpias padrão de formação dos produtos menos a soma das entalpias padrão de formação dos reagentes. Sabendo disso, vamos dizer que o nosso objetivo seja encontrar a variação de entalpia padrão para a seguinte reação química: temos aqui 1 mol de metano reagindo com 2 mols de oxigênio para formar 1 mol de dióxido de carbono e 2 mols de água. A primeira coisa que precisamos fazer é somar as entalpias padrão de formação dos produtos. Olhando para os nossos dois produtos aqui, temos que começando com o mol de dióxido de carbono... eu vou escrever isso aqui. Temos 1 mol de dióxido de carbono, e já vimos que a entalpia molar padrão do dióxido de carbono é -393,5 quilojoules por mol de dióxido de carbono. Vamos multiplicar isso por 1 mol de dióxido de carbono, ou seja, temos 1 mol vezes -393,5 quilojoules por mol. O outro produto que temos aqui são esses 2 mols de água, então vamos adicionar isso a 2 mols de H₂O. E a entalpia padrão de formação do H₂O é -285,8. Vamos multiplicar isso por 2 mols, ou seja, temos 2 mols vezes -285,8 quilojoules por mol. Ao realizar todo o cálculo, os mols daqui se cancelam, e aí ficamos apenas com -393,5 quilojoules. E aqui os mols se cancelam novamente, ficando com mais -571,6 quilojoules. Isso vai ser igual a -965,1 quilojoules. Então, essa é a soma de todas as entalpias padrão de formação de nossos produtos. Agora, precisamos fazer o mesmo com os reagentes, ou seja, somar as entalpias padrão de formação de nossos reagentes. Os dois reagentes que temos são metano e oxigênio, e temos 1 mol de metano. Então, vamos escrever isso aqui: temos 1 mol de metano. A entalpia molar padrão de formação do metano é -74,8 quilojoules por mol. Aí, multiplicamos esse valor por 1 mol, ou seja, temos 1 mol vezes -74,8 quilojoules por mol. Nosso outro reagente é o oxigênio, e sabemos que o gás oxigênio diatômico tem uma entalpia de formação padrão igual a zero. Podemos escrever isso apenas para mostrar. Portanto, temos 2 mols de oxigênio, mas estamos multiplicando esse número por zero. Realizando o cálculo, os mols se cancelam e ficamos com -74,8 quilojoules. E, claro, estamos adicionando zero a isso. Portanto, a soma de todas as entalpias padrão de formação de nossos reagentes é –74,8 quilojoules. Agora, para encontrar a variação padrão de entalpia para a nossa reação, pegamos a soma das entalpias de formação de nossos produtos, que foi igual a -965,1 quilojoules, e disso subtraímos a soma das entalpias padrão de formação dos reagentes, e encontramos um valor igual a -74,8 quilojoules. Sendo assim, temos 965,1 negativo menos 74,8 negativo, e isso é igual a -890,3 quilojoules. Para a unidade de medida é comum ver quilojoules, mas também quilojoules por mol. Também é comum a unidade de medida ser quilojoules por mol de reação. E o quilojoule por mol de reação significa que estamos falando de como a equação balanceada é escrita. Para essa equação balanceada, estamos mostrando a combustão de 1 mol de metano, portanto, a combustão de 1 mol de metano libera 890,3 quilojoules de energia. Então é isso que o quilojoule por mol de reação está falando. Agora que fizemos isso, vamos voltar à etapa em que somamos as entalpias de formação padrão dos produtos para ver como poderíamos realmente obter quilojoule por mol de reação como nossa unidade. Para fazer isso, precisamos usar um fator de conversão. Pela forma como a equação foi escrita, estamos produzindo 1 mol de dióxido de carbono, portanto podemos usar como fator de conversão 1 mol de dióxido de carbono para cada mol de reação. Podemos fazer o mesmo com o nosso outro produto, que é a água. Para como a equação foi escrita, estamos formando 2 mols de água, portanto, nosso fator de conversão pode ser 2 mols de água para cada mol de reação. Mols de dióxido de carbono se cancelam e mols de água se cancelam. E isso nos dá quilojoules por mol de reação como nossa unidade de medida. É um pouco mais demorado escrever todas as unidades dessa forma. Frequentemente, é bem mais rápido fazer da primeira maneira e adicionar essas unidades no final. Então, você pode fazer desse jeito sem problema nenhum. Enfim, eu espero que você tenha compreendido as ideias que conversamos aqui, e, mais uma vez, eu quero deixar para você um grande abraço e dizer que encontro você no próximo vídeo!