de onde vem a energia ?
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Combustíveis. Fósseis. Alternativos. Carvão Gás natural Petróleo bruto. Hidrogénio Álcool Bioalcool biodiesel biogás. De onde vem a energia ?. ENERGIA. CALOR. ENTALPIA. ENERGIA. Variação de energia é a diferença entre a energia do estado final e a energia do estado inicial - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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De onde vem a energia ?
Combustíveis
Fósseis Alternativos
CarvãoGás natural
Petróleo bruto
HidrogénioÁlcool
Bioalcool biodiesel
biogás
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ENERGIA
ENTALPIA
CALOR
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ENERGIA
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Variação de energia é a diferença entre a energia do estado final e a energia do estado inicial
E = E final – E inicial
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Por convenção :
Qualquer energia que saia do sistema para exterior
é negativa, o que significa que a energia final é
menor que a energia inicial.
Qualquer energia que entre para o sistema é
positiva, o que significa que a energia final é
maior que a energia inicial.
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CALOR
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A transferência de energia do exterior ou para o exterior é a causa do fenómeno a que chamamos calor.
A quantidade de energia absorvida ou libertada numa reacção química é chamada calor da reacção Q.
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Se a energia libertada na combustão de hidrocarbonetos ( como o metano ) for utilizada , sem perdas, para aquecer uma dada quantidade de água é possível calcular o valor da energia envolvida na combustão através da variação de temperatura sofrida pelo sistema quando isolado .
As reacções de combustão libertam energia que poderá ser aproveitada
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Q cedido pela combustão = Q recebido pela água
Q = c.m.T
Q = energia disponibilizada na reacção ( J )
C = capacidade térmica mássica do sistema ( J g-1 ºC-1)
m = massa do sistema (em g )
T = variação de temperatura sofrida pelo sistema (considerado isolado) ( em ºC ou K, a variação é igual )
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ENTALPIA
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Normalmente o calor da reacção é medido em condições de volume e pressão constantes.
Como grande parte das reacções a nível biológico, ambiental e laboratorial não ocorrem a volume constante mas ocorrem a pressão constante ( normalmente à pressão atmosférica ), surge uma nova definição - ENTALPIA
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Entalpia é uma grandeza cuja variação depende apenas do estado inicial e final do sistema e que se define como
H = U + PV
Energia interna
pressão
volume
entalpia
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•Por não ser possível medir valores absolutos de entalpia, o que se mede numa reacção química é a variação de entalpia, H, também designada por entalpia da reacção .
•A variação de entalpia, H, é a quantidade de energia posta em jogo numa reacção química a pressão constante,Qp.
H = QP
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H0reacção = n H0
f ( produtos) - n H0f ( reagentes)
n = nº de moles de cada reagente ou produto da reacção
H0reacção = variação de entalpia padrão da reacção
( reacção nas condições padrão )
Condições padrão :
Temperatura – 298K ( 25ºC)
Pressão – 1bar (1 x 105 Pa) para gases
Concentração – 1 mol/dm3 para soluções
Estado puro para sólidos e líquidos
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C3H8(g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)
Para a reacção:
H0reacção = [3 H0
f (CO2) + 4 H0f (H2O)] – [H0
f (C3H8 ) + 5 H0f (O2) ]
H0f ( produtos) H0
f ( reagentes)
Um exemplo
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Combustão do hidrogénio
Liberta 241,8 KJ/mol H = - 241,8 KJ/mol
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Combustão do metano
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Para saber a variação de entalpia da reacção é necessário calcular a energia disponibilizada como calor quando uma mol de combustível é queimado
H = Qn
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Os valores de entalpia padrão, associados a várias reacções, estão tabelados.
O conhecimento destes valores para alguns dos combustíveis mais usados é importante, pois permite avaliar o seu “poder energético”
O “poder energético ”pode ser avaliado através dos valores da energia produzida na combustão de 1Kg de combustível.
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nº de átomos de carbono da cadeia
quantidade de oxigénio da molécula
posição do grupo funcional
Associa-se o “poder energético” a três factores :
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Nº de átomos de carbono na cadeia :
Os hidrocarbonetos de cadeia mais carbonatada apresentam maior valor de H combustão
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Quantidade de oxigénio da molécula :
SubstânciaEntalpia padrão
de combustão KJ/mol
SubstânciaEntalpia
padrão de combustão
KJ/mol
CH4 -890 CH3OH -726
C2H6 -1560 C2H5OH -1368
C3H8 -2220 C3H7OH -2021
Os compostos oxigenados (com oxigénio) possuem menor valor de entalpia de combustão .
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Como explicar ?
Quando se faz a combustão de metano e de metanol , os produtos de combustão são os mesmos : CO2 e H2O
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H = - 890 KJ/mol
Há
• quebra de ligações C – H e O = O
• formação de ligações C = O e H – O
Combustão do metano
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Combustão do metanol
Há também quebra de ligações C – H e O = O e formação de ligações C = O e H – O mas o metanol já tem uma ligação H – O na molécula, o que significa que é menos uma ligação que se forma, daí menor valor de energia libertada .
H = - 726 KJ/mol
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Em geral quanto mais oxigenada for uma
molécula, por exemplo álcoois e éteres, menor
será a entalpia de combustão.
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Para a determinação de ΔH não interessacomo se passa dos reagentes para os produtos, nem em quantas etapas ocorre, mas apenas qual a entalpia dos reagentes e a dos produtos.
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A determinação de entalpia para reacções
que ocorrem em várias etapas e que são
de difícil determinação experimental,
pode ser feita através de cálculo por soma
dos valores das entalpias tabeladas das
reacções parcelares .
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A entalpia de uma reacção é a soma da entalpia de todas as reacções envolvidas entre o estado inicial e final .
Lei de Hess
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Uma aplicação da Lei de Hess :
A conversão
Resulta das etapas representadas pelas seguintes equações químicas :
C (s) + 2H2 (g) CH4 (g) H = -75,3 KJ/mol
C (g) + 2H2 (g) CH4 (g) H = -795,2 KJ/mol
Re-arranjando as equações de modo a obter a equação desejada por soma destas, vamos inverter a 2ª equação
C(s) C (g) H = ?
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C (s) + 2H2 (g) CH4 (g) H = -75,3 KJ/mol
CH4 (g) C (g) + 2H2 (g) H = +795,2 KJ/mol *
C (s) C (g) H = +719,9 KJ/mol
* Ao inverter a equação, o sinal da entalpia muda pois a reacção inversa de uma reacção exotérmica é uma reacção endotérmica .
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Consulta o manual e resolve a APSA nº10, pág. 103Consulta o manual e resolve a APSA nº10, pág. 103