Química · 11.ª–12.ª classe
Como interpretar um diagrama de entalpia?
Resposta curta
Num diagrama de entalpia, o eixo vertical é a entalpia (H) e o horizontal é o progresso da reação. Leia o nível dos reagentes, o dos produtos e o máximo da curva. A variação é ΔH = H(produtos) − H(reagentes) e a energia de ativação é Ea = H(máximo) − H(reagentes). Produtos abaixo dos reagentes significa reação exotérmica.
Quando se aplica
Os diagramas de entalpia aparecem em exercícios de Termoquímica e de Cinética Química, quando se quer mostrar, num só desenho, quanta energia a reação troca (ΔH) e que barreira tem de vencer (energia de ativação). Serve para reações isoladas, com uma ou várias etapas, com ou sem catalisador.
O que há num diagrama de entalpia
- Eixo vertical: entalpia H, normalmente em kJ ou kJ/mol. Quanto mais alto, maior a entalpia.
- Eixo horizontal: «progresso da reação» ou «coordenada de reação», que vai dos reagentes aos produtos. Não é tempo.
- Patamar da esquerda: o nível dos reagentes.
- Patamar da direita: o nível dos produtos.
- Máximo da curva: o estado de transição (complexo ativado), a posição mais energética no caminho.
Como os valores absolutos de H não se medem, os diagramas usam uma escala arbitrária: o que importa são as diferenças entre níveis.
Pré-requisitos
- Saber o que é exotérmica (ΔH < 0) e endotérmica (ΔH > 0); ver o artigo do MeuGuia sobre entalpia.
- Subtrair com sinais: (−60) − (+20) = −80.
Método passo a passo
- Identifique os três níveis do diagrama: reagentes (Hr), produtos (Hp) e máximo da curva (Hmáx).
- Calcule o ΔH: ΔH = Hp − Hr. Atenção à ordem: produtos menos reagentes.
- Classifique: se Hp < Hr, então ΔH < 0 e a reação é exotérmica; se Hp > Hr, então ΔH > 0 e a reação é endotérmica.
- Calcule a energia de ativação da reação direta: Ea = Hmáx − Hr.
- Calcule a energia de ativação da reação inversa: Eainv = Hmáx − Hp. Confirme com a relação Eainv = Ea − ΔH.
- Se houver catalisador, a curva passa por um máximo mais baixo: Ea diminui nos dois sentidos, mas Hr, Hp e ΔH não mudam.
- Escreva a resposta com unidades (kJ ou kJ/mol) e o sinal do ΔH.
Relações a usar
ΔH = H(produtos) − H(reagentes) Ea (direta) = H(máximo) − H(reagentes) Ea (inversa) = H(máximo) − H(produtos) = Ea (direta) − ΔH
Exemplos resolvidos
Exemplo 1 — Diagrama de uma reação exotérmica
Enunciado: Um diagrama mostra os reagentes ao nível de 150 kJ, os produtos ao nível de 90 kJ e o máximo da curva a 210 kJ. Calcule ΔH, a energia de ativação direta e a inversa, e classifique a reação.
| Ponto | H (kJ) |
|---|---|
| Reagentes | 150 |
| Máximo da curva | 210 |
| Produtos | 90 |
Resolução:
- ΔH = Hp − Hr = 90 − 150 = −60 kJ.
- Ea (direta) = 210 − 150 = 60 kJ.
- Ea (inversa) = 210 − 90 = 120 kJ.
Resposta: ΔH = −60 kJ, reação exotérmica; Ea direta = 60 kJ; Ea inversa = 120 kJ. Verificação: Ea (direta) − ΔH = 60 − (−60) = 120 kJ, que é a Ea inversa.
Exemplo 2 — Diagrama de uma reação endotérmica
Enunciado: Os reagentes estão a 40 kJ, os produtos a 130 kJ e o máximo a 190 kJ. Calcule ΔH, Ea direta e Ea inversa, e classifique.
| Ponto | H (kJ) |
|---|---|
| Reagentes | 40 |
| Máximo da curva | 190 |
| Produtos | 130 |
Resolução:
- ΔH = 130 − 40 = +90 kJ.
- Ea (direta) = 190 − 40 = 150 kJ.
- Ea (inversa) = 190 − 130 = 60 kJ.
Resposta: ΔH = +90 kJ, endotérmica; Ea direta = 150 kJ; Ea inversa = 60 kJ. Verificação: 150 − 90 = 60 kJ.
Exemplo 3 — Efeito de um catalisador
Enunciado: Na reação do Exemplo 1, um catalisador baixa o máximo da curva de 210 kJ para 180 kJ. Calcule o novo ΔH e as novas energias de ativação.
Resolução:
- O catalisador não altera os níveis de reagentes e produtos: Hr = 150 kJ e Hp = 90 kJ.
- ΔH = 90 − 150 = −60 kJ (igual).
- Ea (direta) = 180 − 150 = 30 kJ (era 60).
- Ea (inversa) = 180 − 90 = 90 kJ (era 120).
Resposta: ΔH continua −60 kJ; Ea direta passa a 30 kJ; Ea inversa passa a 90 kJ. Verificação: 30 − (−60) = 90 kJ; as duas energias de ativação desceram 30 kJ.
Exemplo 4 — Nível de exame: reação em duas etapas
Enunciado: Um diagrama mostra uma reação em duas etapas, com os níveis: reagentes 0 kJ; primeiro máximo 50 kJ; intermediário 20 kJ; segundo máximo 80 kJ; produtos −30 kJ. Calcule o ΔH global e a energia de ativação de cada etapa. Qual é a etapa com maior barreira?
| Ponto | H (kJ) |
|---|---|
| Reagentes | 0 |
| 1.º máximo | 50 |
| Intermediário | 20 |
| 2.º máximo | 80 |
| Produtos | −30 |
Resolução:
- ΔH global = −30 − 0 = −30 kJ (exotérmica).
- Etapa 1: Ea1 = 50 − 0 = 50 kJ.
- Etapa 2: parte do intermediário: Ea2 = 80 − 20 = 60 kJ.
- A segunda etapa tem a barreira maior (60 > 50).
Resposta: ΔH global −30 kJ; Ea1 = 50 kJ; Ea2 = 60 kJ; a etapa 2 é a de maior barreira (em regra, a mais lenta; confirme no seu programa). Verificação: a soma dos ΔH das etapas é (20 − 0) + (−30 − 20) = 20 − 50 = −30 kJ.
Erros frequentes
- Subtrair ao contrário (reagentes menos produtos), o que dá o ΔH com o sinal trocado.
- Medir a energia de ativação a partir do zero do eixo, em vez de a partir do nível dos reagentes.
- Pensar que o catalisador muda o ΔH. Baixa o máximo, mas deixa os níveis de reagentes e produtos onde estão.
- Ler o eixo horizontal como tempo. É o progresso da reação.
- Esquecer as unidades e o sinal: ΔH = −60 kJ e 60 kJ são respostas diferentes.
- Achar que exotérmica significa «sem barreira». Uma reação exotérmica pode ter uma energia de ativação grande e só começar com ignição ou aquecimento.
Exercícios propostos
1Exercício 1
Num diagrama, reagentes a 200 kJ, produtos a 120 kJ e máximo a 260 kJ. Calcule ΔH, Ea direta e Ea inversa.
Ver solução
ΔH = 120 − 200 = −80 kJ (exotérmica). Ea direta = 260 − 200 = 60 kJ. Ea inversa = 260 − 120 = 140 kJ. Verificação: 60 − (−80) = 140.
2Exercício 2
Num diagrama, reagentes a 30 kJ, produtos a 110 kJ e máximo a 150 kJ. Classifique a reação e calcule ΔH, Ea direta e Ea inversa.
Ver solução
ΔH = 110 − 30 = +80 kJ (endotérmica). Ea direta = 150 − 30 = 120 kJ. Ea inversa = 150 − 110 = 40 kJ. Verificação: 120 − 80 = 40.
3Exercício 3
Uma reação tem reagentes a 50 kJ e produtos a 20 kJ. Sem catalisador o máximo é 150 kJ; com catalisador é 110 kJ. Calcule ΔH e a Ea direta nos dois casos.
Ver dica
Só o máximo da curva muda.
Ver solução
ΔH = 20 − 50 = −30 kJ nos dois casos. Sem catalisador: Ea = 150 − 50 = 100 kJ. Com catalisador: Ea = 110 − 50 = 60 kJ. A Ea inversa passa de 150 − 20 = 130 kJ para 110 − 20 = 90 kJ.
4Exercício 4
Para uma reação, Ea direta = 90 kJ e ΔH = +35 kJ. Qual é a Ea da reação inversa?
Ver dica
Use Ea(inversa) = Ea(direta) − ΔH.
Ver solução
Ea inversa = 90 − 35 = 55 kJ. Confirmação com níveis: se Hr = 0, o máximo está a 90 kJ e Hp = 35 kJ; 90 − 35 = 55.
5Exercício 5
Uma reação tem ΔH = −60 kJ por mol de A que reage. Qual é o ΔH de 3,0 mol de A? E qual é o ΔH se o diagrama for lido ao contrário (reação inversa)?
Ver solução
Para 3,0 mol: 3,0 × (−60) = −180 kJ. Lido ao contrário, o sinal inverte-se: +60 kJ por mol de A formado (+180 kJ para 3,0 mol).
Perguntas frequentes
Quando se usa este método?
Sempre que o enunciado mostra ou descreve um diagrama de entalpia, ou dá os níveis de H, e pede ΔH, energia de ativação, classificação ou efeito de um catalisador. O raciocínio é o mesmo para um diagrama desenhado ou descrito por uma tabela.
Existe um método mais rápido?
Uma regra visual: se o patamar dos produtos está abaixo do dos reagentes, a reação é exotérmica; se está acima, é endotérmica. Para as barreiras, a energia de ativação é a «altura da subida» a partir do patamar de onde se parte.
O que muda se houver um catalisador?
Muda apenas o caminho: a barreira desce nos dois sentidos, e a reação fica mais rápida. Não mudam o ΔH, as quantidades de produtos no equilíbrio, nem os níveis de reagentes e produtos.
Que erros são mais comuns?
Subtrair na ordem errada, medir a Ea a partir do zero e achar que o catalisador altera o ΔH. Veja a secção «Erros frequentes».
Resumo
- O diagrama tem três referências: nível dos reagentes, nível dos produtos e máximo da curva.
- ΔH = Hp − Hr; produtos abaixo dos reagentes é exotérmica.
- Ea (direta) = Hmáx − Hr; Ea (inversa) = Ea (direta) − ΔH.
- O catalisador baixa as duas Ea e não altera o ΔH.
- Em reações com várias etapas, o ΔH global é a soma dos ΔH das etapas.
Onde aprofundar
- O manual de Química da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola), confirmando a edição em vigor.
- O artigo do MeuGuia sobre o conceito de entalpia, como base deste tema.
- O manual aberto OpenStax Chemistry (em inglês), capítulos sobre termoquímica e cinética química.
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