Estime a partir das energias de ligação, as mudanças térmicas
aproximadas para as seguintes reações gasosas:
Passo 1
Beleza, temos aqui um exercício de química que pede para estimar a variação de entalpia ($ \Delta H $) de uma reação gasosa usando as energias de ligação. Basicamente, vamos calcular quanto de energia é absorvida ou liberada quando as moléculas reagentes se transformam nos produtos. Para isso, vamos precisar conhecer as energias das ligações químicas envolvidas na reação.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar todas as ligações que precisam ser quebradas nos reagentes e todas as ligações que serão formadas nos produtos.
Reagentes:
- Ácido benzóico ($ \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{COOH} $):
- Ligações C–H
- Ligações C–C
- Ligações C–O
- Ligação O–H
- Oxigênio molecular ($ \mathrm{O}_2 $):
- Ligação O=O
Produtos:
- Dióxido de carbono ($ \mathrm{CO}_2 $):
- Ligações C=O
- Água ($ \mathrm{H}_2\mathrm{O} $):
- Ligações O–H
Agora, vamos usar as energias de ligação típicas (em kJ/mol):
- C–H: 413
- C–C: 347
- C–O: 358
- O–H: 463
- O=O: 498
- C=O: 799
Passos:
- Quebra das ligações nos reagentes:
- Contar quantas ligações de cada tipo são quebradas na reação.
- Formação das ligações nos produtos:
- Contar quantas ligações de cada tipo são formadas na reação.
- Calcular a energia total absorvida e liberada:
- Soma das energias das ligações quebradas menos a soma das energias das ligações formadas.
- Determinar $ \Delta H $:
- Se a energia total for negativa, a reação libera energia (exotérmica). Se for positiva, absorve energia (endotérmica).
Passo 3
Vamos detalhar a contagem das ligações:
Reagentes:
- Ácido benzóico ($ \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{COOH} $):
- C–H: 5 (na parte do anel) + 1 (na carboxila) = 6
- C–C: 6 (no anel) + 1 (ligação com a carboxila) = 7
- C–O: 2 (na carboxila)
- O–H: 1 (na carboxila)
- Oxigênio ($ \mathrm{O}_2 $):
- O=O: 3,5 moléculas (já que temos $ \frac{7}{2} \mathrm{O}_2 $)
Produtos:
- Dióxido de carbono ($ \mathrm{CO}_2 $):
- C=O: 14 (7 moléculas, cada uma com 2 ligações C=O)
- Água ($ \mathrm{H}_2\mathrm{O} $):
- O–H: 6 (3 moléculas, cada uma com 2 ligações O–H)
Passo 4
Agora, vamos calcular a energia total das ligações quebradas e formadas.
Energia das ligações quebradas:
- C–H: $ 6 \times 413 = 2478 $ kJ
- C–C: $ 7 \times 347 = 2429 $ kJ
- C–O: $ 2 \times 358 = 716 $ kJ
- O–H: $ 1 \times 463 = 463 $ kJ
- O=O: $ 3.5 \times 498 = 1743 $ kJ
Total quebradas: $ 2478 + 2429 + 716 + 463 + 1743 = 7829 $ kJ
Energia das ligações formadas:
- C=O: $ 14 \times 799 = 11186 $ kJ
- O–H: $ 6 \times 463 = 2778 $ kJ
Total formadas: $ 11186 + 2778 = 13964 $ kJ
Passo 5
Agora, calculamos $ \Delta H $:
Resposta
A variação de entalpia $ \Delta H $ para a reação é aproximadamente $ -6135 , kJ $. Isso significa que a reação libera cerca de 6135 kJ de energia.