8.89) Um antisséptico comum usado para cortes e arranhões é uma solução de peróxido de hidrogênio a 3% em água. O oxigênio que borbulha da solução de peróxido de hidrogênio quando ele se decompõe em oxigênio e água ajuda a limpar a ferida. Dois possíveis métodos de síntese industrial do peróxido de hidrogênio são: (i) H2 (g) + O2 (g) ↔ H2O2 (l) , que usa um metal como o paládio ou o composto orgânico quinona como catalisador e (ii) 2 H2O(l) + O2 (g) → 2 H2O2 (l). (a) Em 298 K e 1 atm, que método libera mais energia por mol de O2? (b) Que método tem a energia livre de Gibbs padrão mais negativa? (c) Depois de ser usado em casa, ele pode facilmente ser regenerado a partir de oxigênio e água?

Solução passo-a-passo

Na resolução da questão 8.89 é necessário ter conhecimento no calculo da entalpia e da energia livre de Gibbis, bem simples né? Vamos nessa!

Entalpia:

Para calcular a entalpia para uma reação utilizamos a seguinte fórmula:

∆H = n.Hp – n.Hr

∆H= Entalpia;

N= Coeficiente estequiométrico;

Hp= Entalpia de Formação (tabelada) dos produtos.

Hr= Entalpia de Formação (tabelada) dos reagentes;

Energia Livre de Gibbs:

Para calcular a Energia Livre de Gibbs para uma reação utilizamos a seguinte fórmula:

∆G = n.Gp – n.Gr

∆G= Energia Livre de Gibbs;

N= Coeficiente estequiométrico;

Gp= Energia livre de Gibbs de Formação (tabelada) dos produtos.

Gr= Energia livre de Gibbs de Formação (tabelada) dos reagentes;

Agora, mãos a obra!

1. A questão pede o método que mais libera energia, para encontrarmos isso precisamos calcular a já conhecida entalpia, e como no enunciado a equação já é fornecida balanceada deixa tudo mais simples, pois apenas pegarmos os valores tabelados e aplicarmos a formula.

H2 (g) + O2 (g) ↔ H2O2 (l)

Onde,

H2 (g) = 0

O2 (g) = 0

H2O2 (l) = -187,78 kj

∆H = n.Hp – n.Hr

∆H = 1 . (-187,78 kj) - 0

∆H = -187,78 kJ mol-1

No segundo método de síntese temos a seguinte equação igualmente balanceada, para calcular a entalpia:

2 H2O(l) + O2 (g) → 2 H2O2 (l)

Onde,

H2O(l) = -285,83 kj

O2 (g)= 0

H2O2 (l) = -187,78 kj

∆H = n.Hp – n.Hr

∆H = 2 . (-187,78 kj) – 2. (-85,83 kj)

∆H = 196,1 kj mol-1

Analisando os resultados do primeiro método com valor igual a -187,78 kJ mol-1 e o segundo método com 196,1 kj mol-1 conclui-se que no primeito método libera mais energia por mol de O2 (g) é desprendida.

2. Chegamos no calculo da nergia livre de gibbs, que assim como na entalpia utilizamos valores taelados e a formula conhecida . a equação já estava previamente balanceada então é bastante simples, okay? Pprimeiro vamos calcula para o primeiro método de síntese.

H2 (g) + O2 (g) ↔ H2O2 (l)

Onde,

H2 (g) = 0

O2 (g) = 0

H2O2 (l) = -120,35kj

∆G = n.Gp – n.Gr

∆G = 1 . (-120,35 kj.mol-1) – 0

∆G = - 120,35 kj.mol-1

Agora que já calculamos o primeiro método, agora vamos analisar a equação e calcular a energia de gibbs pro segundo método de síntese.

2 H2O(l) + O2 (g) → 2 H2O2 (l)

Onde,

H2O(l) = -237,13 kj

O2 (g)= 0

H2O2 (l) = -120,35 kj

∆G = n.Gp – n.Gr

∆G = 2 . (-237,13 kj.mol-1) – 2 . (-120,35 kj.mol-1)

∆G = 233,56 kj.mol-1

3. Uma vez usado o peróxido de hidrogênio não pode ser regenerado facilmente a partir do oxigênio e água. O balanço da equação química para síntese do peróxido de hidrogênio a partir do oxigênio e água é dado por:

2 H2O(l) + O2 (g) → 2 H2O2 (l)

E no calculo anterior descobrimos que a energia livre de gibbs para essa reação é de 233,56 kj.mol-1, dessa forma ela não é espontânea e não pode ser regenerada por esse método.