Entalpia

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Entalpia (H)

Função de estado termodinâmica que mede a quantidade total de energia térmica de um sistema sob pressão constante.

Fórmula matemática da entalpia

H = U + P*V, onde U é a energia interna, P é a pressão e V é o volume do sistema.

Significado físico de H = U + PV

Soma da energia interna com o trabalho necessário para criar espaço para o sistema deslocando o ambiente ao redor.

Variação de entalpia (ΔH)

Quantidade de calor absorvida ou liberada por um sistema durante uma transformação a pressão constante.

Relação entre ΔH e calor trocado

A pressão constante, a variação de entalpia é numericamente igual ao calor trocado (ΔH = Qp).

Processo endotérmico

Transformação que absorve calor do ambiente, resultando em ΔH positivo (ΔH > 0).

Processo exotérmico

Transformação que libera calor para o ambiente, resultando em ΔH negativo (ΔH < 0).

Função de estado

Propriedade cujo valor depende apenas do estado atual do sistema, independente do caminho percorrido para atingi-lo.

Propriedade extensiva

Propriedade que depende da quantidade de matéria presente; a entalpia dobra se a massa do sistema for duplicada.

Entalpia específica

Entalpia dividida pela massa do sistema (expressa em kJ/kg), tornando-se uma propriedade intensiva.

Entalpia molar

Entalpia por unidade de quantidade de substância (expressa em kJ/mol).

Unidade de medida no SI para entalpia

Joule (J), frequentemente expressa em quilojoules (kJ).

Estado padrão em termodinâmica

Estado de uma substância pura em sua forma alotrópica mais estável a 1 bar (frequentemente 298,15 K).

Entalpia padrão de formação (ΔHf°)

Variação de entalpia na formação de 1 mol de uma substância a partir de seus elementos no estado padrão.

Convenção para substâncias simples no estado padrão

A entalpia de formação de substâncias simples em seu estado alotrópico mais estável é definida como zero.

Exemplo de substância simples com ΔHf° = 0

Oxigênio gasoso (O2) e carbono grafite a 25 °C e 1 atm.

Entalpia de reação (ΔHrxn)

Diferença entre a soma das entalpias dos produtos e a soma das entalpias dos reagentes.

Fórmula do ΔH de reação via entalpias de formação

ΔH = somatório das entalpias dos produtos menos somatório das entalpias dos reagentes.

Lei de Hess

A variação de entalpia de uma reação depende apenas dos estados inicial e final, somando-se as etapas intermediárias.

Entalpia de combustão

Calor liberado na queima completa de 1 mol de uma substância na presença de excesso de oxigênio.

Sinal típico da entalpia de combustão

Sempre negativo (ΔH < 0), pois toda queima é uma reação fortemente exotérmica.

Energia de ligação (entalpia de ligação)

Energia necessária para quebrar 1 mol de ligações covalentes no estado gasoso a pressão constante.

Quebra de ligações químicas

Processo sempre endotérmico (absorve energia, ΔH > 0).

Formação de ligações químicas

Processo sempre exotérmico (libera energia, ΔH < 0).

Cálculo de ΔH por energias de ligação

ΔH = somatório da energia das ligações rompidas (reagentes) menos a das ligações formadas (produtos).

Entalpia de neutralização

Calor liberado quando 1 mol de íons H+ reage com 1 mol de OH- formando 1 mol de água em solução aquosa.

Entalpia de transição de fase

Calor absorvido ou liberado quando uma substância muda de estado físico sob pressão constante.

Entalpia de fusão (ΔHfus)

Quantidade de energia necessária para converter 1 mol de sólido em líquido à temperatura de fusão.

Entalpia de vaporização (ΔHvap)

Quantidade de energia necessária para transformar 1 mol de líquido em gás à temperatura de ebulição.

Entalpia de sublimação (ΔHsub)

Energia necessária para converter 1 mol de sólido diretamente em gás, igual à soma de ΔHfus e ΔHvap.

Entalpia de condensação

Calor liberado na passagem de gás para líquido, numericamente igual ao oposto de ΔHvap.

Entalpia de solidificação

Calor liberado na conversão de líquido para sólido, numericamente igual ao oposto de ΔHfus.

Entalpia de dissolução (ou solução)

Calor trocado quando um soluto se dissolve completamente em um solvente a pressão constante.

Energia reticular

Energia necessária para separar 1 mol de um sólido iônico em seus íons gasosos isolados.

Entalpia de hidratação

Energia liberada quando íons gasosos interagem com moléculas de água e são solvatados.

Ciclo de Born-Haber

Abordagem baseada na Lei de Hess para calcular energias reticulares a partir de etapas elementares mensuráveis.

Capacidade calorífica a pressão constante (Cp)

Taxa de variação da entalpia em relação à temperatura: Cp = (dH/dT)p.

Lei de Kirchhoff para termoquímica

Descreve como o ΔH de uma reação varia com a temperatura com base na diferença de Cp entre produtos e reagentes.

Gás ideal e entalpia

Em um gás ideal, a entalpia depende exclusivamente da temperatura, pois U e o produto PV dependem só de T.

Efeito Joule-Thomson

Variação de temperatura de um gás real quando expandido através de uma válvula sem troca de calor (isentálpico).

Processo isentálpico

Processo termodinâmico no qual a entalpia do sistema permanece constante (ΔH = 0).

Calorímetro de pressão constante

Dispositivo isolado (como um copo de isopor) usado para medir diretamente o ΔH de reações em solução.

Bomba calorimétrica

Dispositivo a volume constante que mede ΔU diretamente; o ΔH é obtido corrigindo a variação de moles de gás.

Diferença entre ΔH e ΔU em gases

ΔH = ΔU + Δn_gás * R * T, onde Δn_gás é a variação no número de mols de produtos e reagentes gasosos.

Quando ΔH é aproximadamente igual a ΔU?

Em sistemas que envolvem apenas sólidos e líquidos, onde a variação de volume (P*ΔV) é insignificante.

Diagrama de entalpia

Gráfico mostrando os níveis de entalpia de reagentes e produtos, indicando se a reação é exo ou endotérmica.

Energia livre de Gibbs e entalpia

ΔG = ΔH - T*ΔS; o balanço entre entalpia (ΔH) e entropia (T*ΔS) determina a espontaneidade do processo.

Por que a entalpia é mais usada que a energia interna na química?

Porque a maioria dos experimentos químicos de laboratório ocorre em recipientes abertos sob pressão atmosférica constante.

Entalpia de atomização

Variação de entalpia necessária para separar completamente 1 mol de uma substância em átomos gasosos individuais.

Entalpia e o termo PV na engenharia

Em sistemas de fluxo aberto (como turbinas), o termo PV representa o trabalho de fluxo executado pelo fluido.