As reações de combustão são aquelas em que um composto que é denominado combustível reage com o oxigênio (O2), que é o comburente. Veja abaixo alguns exemplos de reações de combustão:  Observe que há quatro coisas em comum em todas essas reações:
Com base nessas conclusões, podemos chegar à seguinte definição: Podemos também nos referir à entalpia de combustão como ∆H de combustão e calor de combustão. Como se pressupõe que a substância esteja em seu estado padrão, podemos também chamá-la de entalpia-padrão de combustão. Visto que as equações acima indicam a combustão completa de 1 mol da substância combustível, então é mais correto usar a unidade kJ/mol. É importante lembrar que a combustão completa só irá produzir CO2 e H2O se a queima for de compostos que possuam apenas carbono e hidrogênio (como hidrocarbonetos) ou carbono, hidrogênio e oxigênio (como álcoois, cetonas, ácidos carboxilícos e aldeídos). Uma combustão incompleta desses compostos produziria monóxido de carbono (CO) ou carbono elementar (C). Porém, a entalpia de combustão também é dada para outros compostos que sofrem combustão completa e que não produzem exclusivamente CO2 e H2O. Isso pode ser mostrado pelo exemplo da combustão do hidrogênio: 1 H2(g) + 1/2 O2(g) → 1 H2O(l) ∆H = - 285,8 kJ 1mol Essa equação indica que houve a liberação de 265,8 kJ na combustão completa de 1 mol de H2(g): Entalpia de combustão corresponde à energia liberada, na forma de calor, em uma reação de combustão de 1 mol de substância. Visto que as reações de combustão são sempre exotérmicas – como a queima da madeira ou da gasolina –, o valor da entalpia de combustão será negativo, menor que zero (?H < 0), pois, em razão do calor ser liberado, a energia dos produtos será menor que a dos reagentes. As reações que são classificadas como de combustão são aquelas em que uma substância, que é denominada combustível, reage com o gás oxigênio (comburente). Existem dois tipos de reações de combustão, a completa e a incompleta. Quando a reação de combustão é completa, isto é, quando libera como produtos somente dióxido de carbono (CO2 – também comumente conhecido por gás carbônico) e água (H2O), dizemos que está na condição padrão. Por isso, a entalpia ou, mais corretamente, variação da entalpia, é denominada entalpia-padrão de combustão (?H0combustão) ou calor-padrão de combustão. Esse tipo de reação se dá com compostos que possuem apenas carbono, hidrogênio e oxigênio como a grafite*, os hidrocarbonetos, os álcoois e os carboidratos. Veja alguns exemplos abaixo:
CH4(g) + ½ O2 → 1 CO2(g) + 2 H2O ?H0combustão = -890,4 kJ/mol
2 C4H10(g)+ 13O2 → 8 CO2(g) + 10 H2O ?H0combustão = -2878,6 kJ/mol
1 C2H6O(l)+ 3O2 → 2 CO2(g) + 3 H2O ?H0combustão = -1368 kJ/mol No entanto, se a reação for incompleta, ou seja, se liberar monóxido de carbono (CO) e água (H2O) ou carbono elementar (C(s)), não será a variação da entalpia-padrão de combustão, mas apenas o cálculo da variação de entalpia, como nos dois casos a seguir:
CH4(g) + 3/2 O2 → 1 CO(g) + 2 H2O ?H = -520 kJ/mol
CH4(g)+ O2 → C(s) + 2 H2O(?) ?H = -408,5 kJ/mol * Nesse caso, nos referimos apenas ao grafite porque a entalpia-padrão de combustão pressupõe a forma alotrópica mais estável. Assim, ao mencionar a combustão do carbono, nos referimos normalmente ao grafite, que é a forma alotrópica mais estável. No entanto, quando se estuda a queima do diamante, sua forma alotrópica deve ser citada. A entalpia (H) corresponde ao conteúdo de energia de uma substância. Mas até o momento só é possível determinar o valor da variação da entalpia (∆H) dos processos químicos. Isso é feito diminuindo-se a entalpia final (dos produtos) pela entalpia inicial (dos reagentes). ∆H = HFINAL – HINICIAL ou ∆H = HPRODUTOS – HREAGENTES Costuma-se relacionar o tipo de variação de entalpia com o fenômeno químico envolvido no processo. Por exemplo, quando ocorre a queima de algum composto, calculamos a variação da entalpia de combustão (∆Hcombustão). Quando a entalpia é medida para 1 mol da substância em condições-padrão (1 atm e 25ºC) dizemos que temos uma entalpia-padrão, simbolizada por ∆HO. Assim, temos: As reações de combustão sempre envolvem um combustível, que são substâncias inflamáveis que podem estar em qualquer um dos três estados físicos, e envolvem também um comburente, que é o gás oxigênio. A combustão pode ocorrer de forma completa ou incompleta. A variação da entalpia-padrão é determinada apenas para combustões completas. Quando o combustível é uma substância formada somente por carbono, hidrogênio e/ou oxigênio a combustão completa irá produzir somente gás carbônico e água, como mostram os exemplos abaixo:
CH4(g) + ½ O2 → 1 CO2(g) + 2 H2O(ℓ) ∆H0combustão = -890,4 kJ/mol
1 C2H6O(ℓ)+ 3O2 → 2 CO2(g) + 3 H2O(ℓ) ∆H0combustão = -1366,1 kJ/mol
2 C4H10(g)+ 13O2 → 8 CO2(g) + 10 H2O(ℓ) ∆H0combustão = -2878,6 kJ/mol Observe que em todos os casos os valores de ∆H0combustão são negativos (∆H0combustão = < 0), isso ocorre porque as reações de combustão liberam energia (são exotérmicas), assim, o valor da entalpia final será menor que a inicial. Por Jennifer Fogaça Graduada em Química Entalpia de combustão é a energia liberada quando um mol de um combustível orgânico reage com o comburente (gás oxigênio). Entalpia de combustão, assim como outros tipos de entalpia (formação, neutralização, dissolução, etc.), trata-se da quantidade de energia liberada ou absorvida durante uma reação química ou fenômeno físico. Porém, a entalpia de combustão, ou calor de combustão, deve ser definida como a quantidade ou a variação de energia (entalpia) liberada quando um mol de combustível orgânico (que apresenta, obrigatoriamente, átomos de hidrogênio ligados a carbono) reage com o comburente (gás oxigênio- O2). Os combustíveis orgânicos mais comuns utilizados em entalpias de combustão são os hidrocarbonetos, os alcoóis, os carboidratos e os lipídeos. CxHy + zO2 → produtos + energia (em Kcal ou KJ) Assim, é muito comum os estudantes relacionarem a entalpia de combustão com um processo de queima, ou seja, um objeto ou líquido ardendo em chamas, como é o caso da madeira na lareira.
Por ser um fenômeno exotérmico, a entalpia de combustão sempre apresenta uma variação de entalpia menor que zero: ΔH < 0 Como a variação de entalpia é dada pela diferença entre a entalpia dos produtos e a entalpia dos reagentes, podemos afirmar que, na entalpia de combustão, a entalpia dos reagentes é sempre maior que a entalpia dos produtos, pois: ΔH < 0 Hp-Hr < 0 Hp < Hr Vejamos agora alguns exemplos com formas de identificar esse tipo de entalpia, além da avaliação do ΔH: a) Combustão completa Há uma entalpia de combustão completa quando a substância combustível (substâncias orgânicas, por exemplo, hidrocarbonetos, alcoóis, cetonas, etc.), ao reagir com o comburente, forma necessariamente dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). A equação química que representa uma entalpia de combustão completa tem o seguinte padrão: CxHy + zO2 → xCO2 + yH2O Ou CxHyOw + zO2 → xCO2 + yH2O 1º Exemplo: Entalpia de combustão completa da gasolina (C8H18) C8H18 + 25/2 O2 → 8 CO2 + 9 H2O A equação química balanceada da combustão completa da gasolina demonstra que foram gerados 8 mol de dióxido de carbono e 9 mol de água, além de haver liberação de certa quantidade de energia, já que o seu ΔH é menor do que 0. Exemplo 2: Entalpia de combustão completa do etanol (C2H6O) C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O Pela equação química balanceada da combustão completa do etanol, observa-se que foram gerados 2 mol de dióxido de carbono e 3 mol de água, além de ter sido liberada certa quantidade de energia, já que o seu ΔH é menor do que 0. b) Combustão incompleta Ocorre uma entalpia de combustão incompleta quando a substância combustível (substâncias orgânicas, por exemplo, hidrocarbonetos, alcoóis, cetonas, etc.), ao reagir com o comburente, forma necessariamente monóxido de carbono (CO) e água (H2O). A equação química que representa uma entalpia de combustão completa tem o seguinte padrão: CxHy + zO2 → xCO + yH2O Ou CxHyOw + zO2 → xCO + yH2O 1º Exemplo: Entalpia de combustão incompleta do gás acetileno (C2H2) C2H2+ 3/2 O2 → 2 CO + 1 H2O Percebe-se, pela equação química balanceada da combustão incompleta do gás acetileno, que foram gerados 2 mol de monóxido de carbono e 1 mol de água, além de haver liberação de certa quantidade de energia, já que o seu ΔH é menor do que 0. 2º Exemplo: Entalpia de combustão incompleta da acetona (C3H6O) C3H6O + 5/2 O2 → 3 CO + 3 H2O A equação química balanceada da combustão incompleta da acetona demonstra que foram gerados 3 mol de monóxido de carbono e água, além de haver a liberação de certa quantidade de energia, já que o seu ΔH é menor do que 0. c) Combustão envolvendo substâncias simples São entalpias de combustão em que, além do gás oxigênio (o comburente), o combustível também é uma substância simples. Nesse caso, diferentemente da combustão completa e da incompleta, há a formação de um único produto. Alguns exemplos desse tipo de entalpia de combustão são: 1º Exemplo: Combustão do gás hidrogênio H2 + ½O2 → H2O Por meio da equação química balanceada da combustão do gás hidrogênio, podemos perceber que foi gerado apenas um mol de água, e houve a liberação de certa quantidade de energia, já que o seu ΔH é menor do que 0. 2º Exemplo: Combustão do carbono C + O2 → CO2 Conforme essa equação química balanceada da combustão do carbono, verifica-se que foi gerado apenas um mol de dióxido de carbono, como também houve liberação de certa quantidade de energia, já que o seu ΔH é menor do que 0. |
Como calcular a entalpia de combustão
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