Termoquímica e Calorimetria

A termoquímica quantifica o calor absorvido ou liberado por reações químicas, e a calorimetria é a arte experimental de medir esse calor para obter entalpias de reação e capacidades térmicas.

Definition

Termoquímica é o estudo do calor evoluído ou absorvido em reações químicas e mudanças de fase, e calorimetria é o conjunto de métodos experimentais que medem esses calores e as capacidades térmicas das substâncias.

Scope

Este tópico abrange as mudanças de calor que acompanham as reações químicas: entalpias padrão de formação, combustão e reação; a lei de Hess da soma constante de calor; a dependência da temperatura da entalpia de reação através da lei de Kirchhoff; e entalpias de ligação. Abrange as técnicas calorimétricas usadas para medir essas quantidades, incluindo calorimetria de bomba e de pressão constante e calorimetria exploratória diferencial, juntamente com a medição da capacidade térmica. A previsão estatístico-mecânica das capacidades térmicas é tratada em termodinâmica estatística.

Core questions

• Como a lei de Hess permite que as entalpias de reação sejam combinadas a partir de entalpias de formação tabeladas?
• Como a lei de Kirchhoff descreve a dependência da temperatura da entalpia de reação?
• Como os calorímetros de bomba e de pressão constante medem as mudanças de energia interna e entalpia?
• Como as entalpias de ligação são usadas para estimar as entalpias de reação?

Key concepts

• Entalpias padrão de formação e reação
• Lei de Hess da soma constante de calor
• Lei de Kirchhoff e capacidade térmica
• Calorimetria de bomba e de pressão constante
• Entalpias de ligação

Key theories

Lei de Hess

Como a entalpia é uma função de estado, a mudança de entalpia de uma reação é a mesma independentemente do caminho percorrido, de modo que as entalpias de reação podem ser adicionadas e subtraídas de entalpias de formação padrão tabeladas.

Lei de Kirchhoff da dependência da temperatura

A variação da entalpia de uma reação com a temperatura é governada pela diferença nas capacidades térmicas entre produtos e reagentes, permitindo que as entalpias medidas em uma temperatura sejam corrigidas para outra.

Clinical relevance

A termoquímica e a calorimetria fornecem os valores de combustível e os calores de reação necessários para a engenharia de energia e combustão, os dados térmicos para a segurança de processos e reatores, a estabilidade e a energética de dobramento medidas por calorimetria exploratória diferencial e calorimetria de titulação isotérmica em bioquímica, e o conteúdo de energia nutricional dos alimentos.

History

A calorimetria começou com o calorímetro de gelo de Lavoisier e Laplace na década de 1780; Hess estabeleceu a aditividade dos calores de reação em 1840, e a calorimetria de bomba de Berthelot no século XIX tornou a medição sistemática das entalpias de combustão e formação um fundamento da físico-química.

Key figures

• Germain Henri Hess
• Antoine Lavoisier
• Marcellin Berthelot

Seminal works

• atkins2018
• mcquarrie1997

Frequently asked questions

Qual é a diferença entre um calorímetro de bomba e um calorímetro de pressão constante?

Um calorímetro de bomba mantém a reação em volume constante e mede a mudança de energia interna, enquanto um calorímetro de pressão constante, aberto à atmosfera, mede a mudança de entalpia diretamente; os dois estão relacionados pelo trabalho realizado contra a pressão à medida que os gases se expandem ou contraem.

Por que as entalpias de formação são definidas em relação aos elementos?

Entalpias absolutas não podem ser medidas, então uma referência é necessária; atribuir entalpia de formação zero aos elementos em seus estados padrão fornece uma linha de base consistente a partir da qual a entalpia de formação de qualquer composto, e, portanto, qualquer entalpia de reação, pode ser calculada.