Reações endotérmicas e exotérmicas

Explicação

Quando ocorrem reações químicas, há quebra e formação de novas ligações, sendo no primeiro caso absorvida energia e, no segundo, libertada.

Variação de entalpia

Quando uma reação se encontra a pressão constante, a variação da energia sofrida pelo sistema é chamada de variação de entalpia ou entalpia de reação. Esta variação pode ser calculada através do balanço entre a energia absorvida para a rutura de ligações nos reagentes e a energia libertada na formação de novas ligações nos produtos:

Balanço energético nas reações químicas

Com base na variação de entalpia, estipulou-se que as reações podem ser:

​

1. Exotérmicas: São reações que libertam energia sob a forma de calor.

2. Endotérmicas: São reações que absorvem energia sob a forma de calor. 

Reações exoenergéticas

Nas reações exotérmicas $E_\text{absorvida}<E_\text{libertada}$ e, consequentemente, $\Delta H<0$​. Por este motivo este tipo de reações apresentam genericamente o seguinte diagrama de energia:

1. Átomos separados;

2. Reagentes;

3. Produtos

Como há uma diminuição de entalpia:

• Se o sistema for fechado, verifica-se um aumento da temperatura do sistema reacional.
• Se ocorrer num sistema aberto há transferência de energia do sistema para a vizinhança.

Exemplo

A reação do oxigénio com o metano apresenta o seguinte diagrama de energia. Calcula a variação de entalpia da reação.

Começa por escrever a reação química:

$CH_4 (g) + 2 \ O_2 (g) \rightarrow 2\ H_2O (g) + CO_2 (g)$

A seguir, escreve a variação de entalpia associada à reação:

$\begin{aligned}\Delta H&= E_\text{absorvida}-E_\text{libertada}\\&=E_{CH_4} + E_{O_2}-E_{H_2O}-E_{CO_2}\\& = 2646 -3464= \underline{-818}\ kJ/mol\end{aligned}$​​

Logo, como $\Delta H<0$ a reação é exotérmica.

Reações endoenergéticas:

Nas reações endotérmicas $E_\text{absorvida}>E_\text{libertada}$ e, como consequência, $\Delta H>0$. Assim, de uma maneira geral, este tipo de reações apresenta o seguinte diagrama de energia:

Como há uma diminuição de entalpia:

• Se o sistema for fechado, verifica-se uma dimuição da temperatura do sistema reacional.
  
• Se ocorrer num sistema aberto há transferência de energia da vizinhança para o sistema.
  

Exemplo

A reação da água com o dióxido de carbono da lugar à formação de metano e oxigénio. Com ajuda da tabela mostrada a seguir, calcula a variação de entalpia.

Começa por escrever a reação que descreve a formação de oxigénio e de metano:

​$2 \ H_2O\ (g)+ CO_2 \ (g) \rightarrow CH_4 \ (g) + 2 \ O_2 \ (g)$

Para calcular a entalpia da reação, tem em conta as ligações que fazem parte de cada molécula:

Começa por calcular a energia absorvida na rutura das ligações dos reagentes:

$E_\text{absorvida}=4 \times E_{O-H}+2\times E_{O=C}= 4 \times 464+2\times 804=3464 \ kJ/mol$

Calcula a energia libertada durante a formação de novas ligações nos produtos:

$E_\text{libertada}==4 \times E_{C-H}+2 \times E_{O=O}=4 \times 413 + 2 \times 497=2646 \ kJ/mol$

Finalmente calcula a variação de entalpia:

$\Delta H= E_\text{absorvida}-E_\text{libertada}=3464-2646=\underline{818} \ kJ/mol$

Logo, a reação é endotérmica.