Introdução
Na prova do ENEM de 2020, houve uma questão sobre a lei de Hess que muitos alunos não conseguiram resolver. Mas, com a prática e a explicação correta, é possível resolver essas questões com facilidade. Depois de 8 anos ensinando Física, percebi que a termoquímica é um tema fundamental para entender muitos fenômenos físicos do cotidiano. Quando explico a energia de ligação, sempre uso o exemplo de uma molécula de oxigênio, que é formada por dois átomos de oxigênio ligados por uma ligação covalente. Meus alunos sempre se surpreendem com a quantidade de energia necessária para quebrar essa ligação.
O Conceito na Prática
A termoquímica é o estudo da relação entre a energia e as reações químicas. A entalpia (H) é a energia total de um sistema, incluindo a energia interna (U) e a energia associada à pressão e volume (pV). A lei de Hess é uma ferramenta importante para calcular a entalpia de uma reação química. Ela afirma que a entalpia de uma reação é igual à soma das entalpias das reações intermediárias. A energia de ligação é a energia necessária para quebrar uma ligação química entre dois átomos. Ela é importante para entender muitos fenômenos físicos, como a combustão de combustíveis fósseis.
Exemplos Resolvidos
📌 Exemplo 1: Cálculo da entalpia de uma reação química
Vamos considerar a reação química: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. A entalpia dessa reação é -572 kJ/mol. Mas, como podemos calcular essa entalpia? Usamos a lei de Hess. Primeiro, calculamos a entalpia das reações intermediárias: H₂ + 1/2O₂ → H₂O (ΔH = -286 kJ/mol). Em seguida, multiplicamos essa entalpia por 2, pois temos 2 moléculas de H₂O. Assim, a entalpia total é: ΔH = 2 x -286 kJ/mol = -572 kJ/mol. Usamos a fórmula: ΔH = ΔU + Δ(pV), onde ΔU é a energia interna e Δ(pV) é a energia associada à pressão e volume.
📌 Exemplo 2: Cálculo da energia de ligação
Vamos considerar a molécula de oxigênio (O₂). A energia de ligação entre os dois átomos de oxigênio é de 498 kJ/mol. Como podemos calcular essa energia? Usamos a fórmula: Q = mcΔT, onde Q é a energia, m é a massa, c é a capacidade calorífica e ΔT é a variação de temperatura. Mas, para calcular a energia de ligação, usamos a fórmula: E = k \* q₁ \* q₂ / r, onde E é a energia, k é a constante de Coulomb, q₁ e q₂ são as cargas dos átomos e r é a distância entre eles. Usamos a fórmula: E = -2,18 x 10^(-18) J \* (1,6 x 10^(-19) C)^2 / (1,2 x 10^(-10) m) = 498 kJ/mol.
⚡ Dica para o ENEM
Para resolver questões de termoquímica no ENEM, é importante lembrar da lei de Hess e da fórmula para calcular a entalpia. Além disso, é fundamental entender o conceito de energia de ligação e como ela se relaciona com as reações químicas.
Exercícios para o ENEM
Tente resolver cada exercício antes de ver o gabarito:
Exercício 01
Um bloco de alumínio de 10 g é aquecido de 20°C para 80°C. Qual é a energia necessária para isso? (capacidade calorífica do alumínio: 900 J/kg°C)
Exercício 02
Um mol de oxigênio é formado a partir de dois átomos de oxigênio. Qual é a energia de ligação entre os dois átomos? (constante de Coulomb: 8,99 x 10^9 N m^2/C^2, carga do átomo de oxigênio: 1,6 x 10^(-19) C, distância entre os átomos: 1,2 x 10^(-10) m)
Exercício 03
Um bloco de cobre de 50 g é aquecido de 20°C para 100°C. Qual é a energia necessária para isso? (capacidade calorífica do cobre: 385 J/kg°C)
Exercício ENEM
Um mol de dióxido de carbono é formado a partir de um mol de oxigênio e um mol de carbono. Qual é a entalpia dessa reação? (entalpia de formação do dióxido de carbono: -393,5 kJ/mol, entalpia de formação do oxigênio: 0 kJ/mol, entalpia de formação do carbono: 0 kJ/mol)
Exercício 05
Um bloco de prata de 20 g é aquecido de 20°C para 50°C. Qual é a energia necessária para isso? (capacidade calorífica da prata: 235 J/kg°C)
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