Energetica química

Em toda reação química, a energia é transferida. A reação é exotérmica ou endotérmica, dependendo da direção do fluxo de energia.

• Uma reação exotérmica 放热反应 libera energia térmica 热能 para o ambiente 环境. Então a temperatura do ambiente sobe para cima.
• Uma reação endotérmica 吸热反应 absorve energia térmica do ambiente. Então a temperatura do ambiente desce para baixo.

Exemplos de reações exotérmicas são combustão 燃烧 (queimar um combustível) e neutralização 中和 (um ácido reagindo com uma base). Um exemplo de reação endotérmica é a decomposição térmica decomposition 分解 de um composto (quebrá-lo usando calor).

A quantidade de energia térmica transferida em uma reação é chamada de variação de entalpia 焓变. Ela é escrita como $\Delta H$ e tem estes sinais:

• $\Delta H$ é negativo para uma reação exotérmica, porque a energia sai dos químicos.
• $\Delta H$ é positivo para uma reação endotérmica, porque a energia é absorvida.

As partículas não reagem toda vez que se encontram. A energia de ativação 活化能 ($E_a$) é a menor quantidade de energia que partículas colidindo 碰撞 particles 粒子 devem ter antes que possam reagir. É como uma colina que as partículas precisam ultrapassar antes que a reação possa acontecer.

Um diagrama de caminho de reação 反应进程图 mostra como as energias mudam conforme uma reação ocorre. A energia está no eixo vertical, e o progresso da reação está no eixo horizontal.

• A linha começa no nível de energia dos reativos 反应物.
• Ele sobe sobre uma 'colina' — a altura dessa colina é a energia de ativação $E_a$.
• Depois ela desce ou sobe até o nível de energia dos produtos 生成物.
• A diferença entre o nível dos reagentes e o nível dos produtos é a variação de entalpia $\Delta H$.

Para uma reação exotérmica, os produtos estão abaixo dos reagentes, então a energia é liberada e $\Delta H$ é negativo.

Para uma reação endotérmica, os produtos estão acima dos reagentes, então a energia é absorvida e $\Delta H$ é positivo.

Uma reação envolve quebrar as ligações nos reagentes e formar novas ligações nos produtos.

• Quebra de ligação 断键 absorve energia, então é uma etapa endotérmica.
• Formação de ligação 成键 libera energia, então é uma etapa exotérmica.

A energia de ligação 键能 é a energia necessária para quebrar um mol de uma ligação específica. Você pode usar energias de ligação para encontrar a variação de entalpia:

Se mais energia é liberada formando ligações do que é absorvida quebrando ligações, a reação é exotérmica ($\Delta H$ negativo). Se menos energia é liberada, é endotérmica ($\Delta H$ positivo).

Exemplo resolvido

Para a reação $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$, use estas energias de ligação (em kJ/mol): H–H $= 436$, Cl–Cl $= 242$, H–Cl $= 431$.

Ligações quebradas: uma H–H e uma Cl–Cl $= 436 + 242 = 678$.

Ligações formadas: duas H–Cl $= 2 \times 431 = 862$.

A resposta é negativa, então esta reação é exotérmica.

• Exotérmica libera calor, então o ambiente esquenta e $\Delta H$ é negativo; endotérmica absorve calor, então o ambiente esfria e $\Delta H$ é positivo.
• Quebra de ligação absorve energia (endotérmica); formação de ligação libera energia (exotérmica). Use $\Delta H = (\text{energy to break bonds}) - (\text{energy released making bonds})$.
• Se mais energia for liberada formando ligações do que usada quebrando-as, a reação é exotérmica. Sempre verifique o sinal da sua resposta final.
• Em um diagrama de via de reação, uma reação exotérmica termina abaixo de onde começou; uma endotérmica termina acima. A altura da colina é a energia de ativação.