Entalpia: o que é, para que serve e como calcular sua variação

Na natureza muitos processos que ocorrem estão diretamente relacionados à liberação ou absorção de calor, desse modo, a área da Química que estuda esses fenômenos é chamada de termoquímica. Quando estuda-se o calor envolvido em um sistema a pressão constante, esse calor recebe o nome de entalpia.

A valor de entalpia absoluta na química não é tão relevante, contudo ao se avaliar o variação de entalpia simbolizada por (∆H) pode-se obter informações importantíssimas sobre determinadas reações, sendo a termoquímica uma área essencial para aplicações industriais.

O que é entalpia ? 

A entalpia é uma grandeza termodinâmica muito usada na química para o entendimento sobre alguns processos. Ela pode ser definida como sendo o calor a pressão constante ou também como a quantidade total de energia de um determinado sistema. A entalpia é comumente medida em joule (J), unidade de energia, contudo é possível utilizar-se também da unidade de calorias (cal) assim como seus submúltiplos. 

Variação de entalpia

A variação de qualquer grandeza faz alusão a uma subtração entre um estado final e um estado inicial, desse modo, a variação de entalpia de uma reação química é definido pela subtração da entalpia dos produtos e entalpia dos reagente conforme a seguinte equação:

Quando em uma reação a variação de entalpia é positiva (∆H>0), isto é, a entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes, recebe o nome de processo endotérmico.

As reações endotérmicas absorvem calor, sendo a fusão da água um exemplo de sistema endotérmico. Em contrapartida, as reações em que a variação de entalpia é negativa (∆H<0) recebem o nome de processo exotérmico. As reações exotérmicas liberam calor, e toda combustão pode ser considerada exotérmica.  

Tipos de entalpia

Sabendo das distintas formas de reações, é de se esperar a existência de diferentes tipos de entalpia, cada uma com suas especificidades. A entalpia de formação é definida pela energia absorvida ou liberada na formação de uma substância a partir dos elementos que o compõem nas condições padrões, isto é, temperatura de 25ºC e pressão de 1 atm. Salienta-se que a entalpia de formação pode ser usada como medida da estabilidade das substâncias, sendo a unidade mais comum o kJ/mol. Ao analisar o valor da variação de entalpia de formação é possível verificar quanto de energia é absorvida ou liberada por mol da substância formada. 

A entalpia de ligação é definida com a energia absorvida necessária para romper um mol de ligações químicas em uma determinada molécula. Para o rompimento de uma ligação é necessário a absorção de energia, logo a energia das ligações são sempre positivas. Ressalta-se que a variação de entalpia de ligação pode ser negativa. 

A entalpia de ligação pode ser usada para entender sobre a reatividade de determinadas substâncias. A entalpia de combustão é definida como a energia liberada durante a combustão completa de determinada substância em condições padrões. Como é de se esperar, a combustão é um processo exotérmico, isto é, libera energia na forma de calor para o ambiente. 

Desse modo, a entalpia de combustão dessa substância apresentam ∆H combustão  sempre negativa (∆H <0). A entalpia de combustão está intimamente relacionada a energia armazenada nas substâncias. A entalpia de mudança de estados físicos é definida com a energia absorvida ou liberada nos processos de transformações do estado físicos em condições padrões. os processos de fusão que se caracterizam como a passagem do sólido para o líquido e a vaporização que é a passagem do líquido para o gasoso ocorrem através da absorção de calor, desse modo, são transformações endotérmicas. 

Em contrapartida, a condensação que é a passagem do gasoso para o líquido e a solidificação que é a passagem do líquido para o sólido são processos que necessitam da liberação de calor, ou seja, são processos exotérmicos. Em síntese, todos os processos que ocorrem à nossa volta estão associados a transferência de energia na forma de calor.

Entalpia e variação de entalpia no Enem 

A entalpia no Enem é um assunto bem recorrente assim como toda a termoquímica, para os estudantes é de fundamental importância entender a diferença entre as reações exotérmicas que liberam calor e reações endotérmicas que absorvem calor. Vale a pena ressaltar que a análise do sinal da variação de entalpia essencial pois entalpias negativas correspondem a fenômenos exotérmicos enquanto entalpias positivas correspondem a fenômenos endotérmicos. 

A análise quantitativa da variação de entalpia é extremamente importante para  a resolução de questões do Enem, ou seja entender que ∆H reação = H (produtos) - H (reagentes) é importante. Outro conhecimento essencial é a compreensão sobre os tipos de entalpias diferentes, onde podemos destacar a entalpia de combustão. Vale ressaltar que as variações de entalpia é uma quantidade de energia geralmente calculada em referência a um mol de substância, logo para determinadas questões será necessário realizar cálculos para o ajuste da quantidade das substâncias estudadas. 

ENEM 2009

Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25 oC (ΔHo25) do metano, do butano e do octano.

À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido, considerando-se que o metano, o butano e o octano sejam representativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é:

a) gasolina, GLP e gás natural. 

b) gás natural, gasolina e GLP. 

c) gasolina, gás natural e GLP. 

d) gás natural, GLP e gasolina. 

e) GLP, gás natural e gasolina.

GABARITO: A