Química · 11.ª–12.ª classe

Como calcular a variação de entalpia a partir das entalpias de formação?

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  • 4 exemplos resolvidos
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Resposta curta

A variação de entalpia de uma reação calcula-se por ΔH = Σ n·ΔHf°(produtos) − Σ n·ΔHf°(reagentes): somam-se as entalpias de formação dos produtos, cada uma multiplicada pelo seu coeficiente, e subtrai-se a soma das dos reagentes. Os elementos no estado padrão, como O2(g) ou C(grafite), têm entalpia de formação zero.

Fórmula e significado de cada termo

A entalpia padrão de formação (ΔHf°) de uma substância é a variação de entalpia da reação em que se forma 1 mol dessa substância, a partir dos seus elementos no estado mais estável, nas condições padrão (1 bar, normalmente 25 °C). Há tabelas com estes valores para muitas substâncias.

Variação de entalpia a partir das entalpias de formação

ΔH° = Σ n·ΔHf°(produtos) − Σ n·ΔHf°(reagentes)

  • ΔH°: variação de entalpia da reação, para a equação como está escrita (em kJ).
  • n: coeficiente de cada substância na equação acertada.
  • ΔHf°: entalpia de formação de cada substância (em kJ/mol), tirada de uma tabela ou dada no enunciado.
  • Σ (sigma): soma de todos os termos.

Porque funciona

Imagine que a reação passa por um caminho imaginário: os reagentes «desfazem-se» nos elementos e estes «refazem-se» nos produtos. Desfazer reagentes custa o simétrico das suas entalpias de formação; formar produtos custa as entalpias de formação. Somar os dois dá a fórmula. É uma aplicação da lei de Hess.

Pré-requisitos

  • Equação acertada, com os estados físicos (H2O(l) e H2O(g) têm ΔHf° diferentes).
  • Saber que o ΔHf° de um elemento na forma estável é zero.
  • Operar com números negativos.

Passo a passo

  1. Escreva a equação acertada com os estados físicos.
  2. Liste os ΔHf° de todas as substâncias (zero para elementos no estado padrão).
  3. Calcule a soma dos produtos: multiplique cada ΔHf° pelo coeficiente e some.
  4. Calcule a soma dos reagentes do mesmo modo.
  5. Subtraia: ΔH° = soma dos produtos − soma dos reagentes.
  6. Interprete o sinal: negativo, exotérmica; positivo, endotérmica.
  7. Escreva o resultado com unidades (kJ) e confirme com uma verificação.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Combustão do metano

Enunciado: Calcule o ΔH° de CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l). Dados (kJ/mol): ΔHf°(CH4) = −74,8; ΔHf°(CO2) = −393,5; ΔHf°(H2O, l) = −285,8.

Resolução:

  1. Produtos: 1 × (−393,5) + 2 × (−285,8) = −393,5 − 571,6 = −965,1 kJ.
  2. Reagentes: 1 × (−74,8) + 2 × 0 = −74,8 kJ (o O2 é um elemento).
  3. ΔH° = −965,1 − (−74,8) = −965,1 + 74,8 = −890,3 kJ.

Resposta: ΔH° = −890,3 kJ (exotérmica). Verificação: −890,3 + (−74,8) = −965,1, a soma dos produtos.

Exemplo 2 — Redução do óxido de ferro

Enunciado: Calcule o ΔH° de Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO2(g). Dados (kJ/mol, arredondados): Fe2O3 = −824; CO = −111; CO2 = −394.

Resolução:

  1. Produtos: 2 × 0 + 3 × (−394) = −1 182 kJ.
  2. Reagentes: 1 × (−824) + 3 × (−111) = −824 − 333 = −1 157 kJ.
  3. ΔH° = −1 182 − (−1 157) = −1 182 + 1 157 = −25 kJ.

Resposta: ΔH° = −25 kJ (ligeiramente exotérmica). Verificação: −25 + (−1 157) = −1 182.

Exemplo 3 — Decomposição do calcário

Enunciado: Calcule o ΔH° de CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) e o calor absorvido por 100 g de CaCO3. Dados (kJ/mol): CaCO3 = −1 207; CaO = −635; CO2 = −394. M(CaCO3) = 100 g/mol.

Resolução:

  1. Produtos: −635 + (−394) = −1 029 kJ.
  2. Reagentes: −1 207 kJ.
  3. ΔH° = −1 029 − (−1 207) = +178 kJ por mol de CaCO3.
  4. 100 g são 100 ÷ 100 = 1,0 mol, que absorve 178 kJ.

Resposta: ΔH° = +178 kJ (endotérmica); 100 g de calcário absorvem 178 kJ. Verificação: +178 + (−1 207) = −1 029.

Exemplo 4 — Nível de exame: calcular uma entalpia de formação desconhecida

Enunciado: A combustão do etanol é C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l), com ΔH° = −1 367 kJ. Sabendo ΔHf°(CO2) = −394 kJ/mol e ΔHf°(H2O, l) = −286 kJ/mol, calcule ΔHf° do etanol.

Resolução:

  1. Escreva a fórmula com a incógnita x = ΔHf°(etanol): ΔH° = [2 × (−394) + 3 × (−286)] − [x + 3 × 0].
  2. Produtos: −788 − 858 = −1 646 kJ.
  3. Então −1 367 = −1 646 − x.
  4. x = −1 646 + 1 367 = −279 kJ/mol.

Resposta: ΔHf° (etanol) ≈ −279 kJ/mol (os valores de tabela rondam −278 kJ/mol; a pequena diferença vem dos arredondamentos). Verificação: −1 646 − (−279) = −1 367.

Erros frequentes no cálculo

  • Subtrair na ordem errada (reagentes menos produtos). A ordem é sempre produtos − reagentes.
  • Esquecer de multiplicar pelos coeficientes. Em 2 H2O(l), o ΔHf° conta duas vezes.
  • Dar valor diferente de zero a um elemento no estado padrão, como O2(g), H2(g) ou Fe(s).
  • Trocar H2O(l) por H2O(g): −285,8 e −241,8 kJ/mol são valores muito diferentes.
  • Perder o sinal negativo ao subtrair: − (−74,8) torna-se +74,8.
  • Usar uma equação não acertada, o que dá coeficientes errados e um ΔH errado.

Exercícios propostos

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

1Exercício 1

Calcule o ΔH° de 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l). ΔHf°(H2O, l) = −286 kJ/mol.

Ver dica

Os reagentes são elementos no estado padrão.

Ver solução

Produtos: 2 × (−286) = −572 kJ. Reagentes: 0. ΔH° = −572 − 0 = −572 kJ.

2Exercício 2

Calcule o ΔH° de N2(g) + O2(g) → 2 NO(g). ΔHf°(NO) = +90 kJ/mol.

Ver solução

Produtos: 2 × 90 = +180 kJ. Reagentes: 0. ΔH° = 180 − 0 = +180 kJ (endotérmica; na prática, esta reação só ocorre a temperaturas muito altas, como num relâmpago ou no interior de um motor).

3Exercício 3

Calcule o ΔH° da combustão do propano, C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(l). Dados (kJ/mol): C3H8 = −104; CO2 = −394; H2O(l) = −286.

Ver dica

Multiplique 4 × (−286) e 3 × (−394) antes de somar.

Ver solução

Produtos: 3 × (−394) + 4 × (−286) = −1 182 − 1 144 = −2 326 kJ. Reagentes: −104 kJ. ΔH° = −2 326 − (−104) = −2 326 + 104 = −2 222 kJ.

4Exercício 4

Calcule o ΔH° de 4 NH3(g) + 5 O2(g) → 4 NO(g) + 6 H2O(g). Dados (kJ/mol): NH3 = −46; NO = +90; H2O(g) = −242.

Ver dica

Atenção ao estado da água: é vapor.

Ver solução

Produtos: 4 × 90 + 6 × (−242) = 360 − 1 452 = −1 092 kJ. Reagentes: 4 × (−46) + 0 = −184 kJ. ΔH° = −1 092 − (−184) = −1 092 + 184 = −908 kJ.

5Exercício 5

A combustão do etino (acetileno), C2H2(g) + 5/2 O2(g) → 2 CO2(g) + H2O(l), tem ΔH° = −1 300 kJ. Com ΔHf°(CO2) = −394 kJ/mol e ΔHf°(H2O, l) = −286 kJ/mol, calcule ΔHf° do etino.

Ver dica

Chame x à incógnita e resolva a equação ΔH° = produtos − reagentes.

Ver solução

Produtos: 2 × (−394) + (−286) = −788 − 286 = −1 074 kJ. Então −1 300 = −1 074 − x, logo x = −1 074 + 1 300 = +226 kJ/mol. Verificação: −1 074 − 226 = −1 300.

Perguntas frequentes

Qual é a fórmula para calcular a variação de entalpia a partir das entalpias de formação?

ΔH° = Σ n·ΔHf°(produtos) − Σ n·ΔHf°(reagentes). Cada ΔHf° é multiplicado pelo coeficiente da substância na equação acertada, e a subtração faz-se sempre na ordem produtos menos reagentes.

Como verificar se o resultado está correto?

Some o ΔH calculado à soma dos reagentes: tem de dar a soma dos produtos. Veja também o sinal: combustões são exotérmicas, decomposições de sais (como o calcário) são endotérmicas, e o módulo deve ser razoável.

Que erros se cometem ao calcular a variação de entalpia a partir das entalpias de formação?

Os mais frequentes são trocar a ordem da subtração, esquecer os coeficientes, dar valor não nulo a um elemento e confundir o estado físico da água. Veja a secção de erros frequentes.

Os valores de tabela são sempre iguais?

Pequenas diferenças aparecem entre manuais, por arredondamento ou por edição. Use sempre os valores do enunciado ou do manual indicado pelo seu professor e confirme-os na edição em vigor.

Resumo

  • ΔH° = Σ n·ΔHf°(produtos) − Σ n·ΔHf°(reagentes).
  • O ΔHf° de um elemento no estado padrão é zero.
  • Multiplique sempre pelos coeficientes e respeite os estados físicos.
  • ΔH° < 0 é exotérmica; ΔH° > 0 é endotérmica.
  • A fórmula também serve para encontrar um ΔHf° desconhecido, quando se conhece o ΔH° da reação.

Onde aprofundar

  • O manual de Química da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola), confirmando a edição em vigor.
  • As tabelas de entalpias padrão de formação do seu manual; os valores aqui usados são arredondados.
  • O manual aberto OpenStax Chemistry (em inglês), capítulo sobre termoquímica.

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