Força e energia de ligação

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

A energia de ligação, ou entalpia de ligação, é a energia absorvida na quebra de um mol de ligação, no estado gasoso, entre átomos

E pra que serve? A principal aplicação é para realizar o cálculo da variação de entalpia de reações, conhecendo-se as energias de ligações. Partiu entender melhor?

Energia de ligação

A energia de ligação também é conhecida como entalpia de ligação e nada mais é que a a energia absorvida quando ocorre a quebra de uma molécula no estado gasoso. Tambem pode ocorrer na energia que forma a ligação entre os átomos separados, porémmm com sinal diferente.

Exemplo :

Br — Br → Br(g) + Br(g)

A ligação entre o Br2 é formada por ligação simples (sigma) entre os átomos. E como proceder para a realização da quebra da ligação? É necessário uma energia, uma entalpia para que a ligação seja rompida, neste caso uma variação de entalia (ΔH) de + 193kJ/mol.

Características da energia de ligação em um processo químico

Para que uma reação química aconteça, é imprescindível que os átomos dos reagentes interatuem e reorganizem-se para que seja provável o desenvolvimento de novas substâncias. Para que isso ocorra, as ligações entre os átomos dos reagentes necessitam ser rompidas, o que advém da absorção de energia.

C—P+ F—G → C(g) + P(g) + F(g) +G(g)

Depois que as ligações são rompidas, os átomos, agora livres leves e soltos, podem dar match em outros átomos, o que resulta em novas ligações entre eles através da liberação de energia.

C(g) + P(g) + F(g) +G(g) → F—P+ C—G →

As novas ligações desenvolvidas envolvem uma combinação distinto dos átomos presentes no reagente, o valor da energia também será diferente.

Assim notamos que?! Se a reação ocorre, nos reagentes, há absorvimento de energia ou seja a quebra de ligação é endotérmico e, nos produtos, a formação de uma ligação ocorre em um processo exotérmico.

  • Reagentes: ΔH >0 (+)
  • Produto: ΔH

Cálculo da energia de ligação

Para verificarmos se a reação libera ou absorve energia é necessário, como fazemos isso??

ΔH = Σr - Σp

Onde:

ΔH = variação da entalpia;

Σr = soma das energias necessárias para quebrar cada ligação no reagente;

Σp = soma das energias necessárias para formar cada ligação no produto

OBS: não se preocupem pois os valores de energia são tabelados e apresentados nos problemas.

Exemplo para entendermos melhor:

Sendo:

Aplicando na fórmula temos:

ΔH = Σr - Σp

ΔH = 104+58-(2x103)

ΔH =-44 Kcal/mol

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Sabendo que o ácido fluorídrico apresenta a reação:

HF(g) → H(g) + F(g)  ∆H = +323 kJ

Encontre a energia de ligação entre o flúor e o hidrogênio.

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Passo 1

Primeiramente vamos analisar a reação:

HF(g) → H(g) + F(g)  

Para separar o flúor do hidrogênio foi aplicada uma energia para romper essa ligação

Passo 2

Observem que nenhuma ligação é formada após a quebra da ligação, então a entalpia da reação é igual à energia absorvida n quebra da ligação.

Ou seja

∆H = energia de ligação em HF =+323 kJ

Resposta

+323 kJ

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Assinale a opção em que é plausível definir a entalpia da reação por meio da energia de ligação, conhecendo que todas as reações ocorrem a 25ºC e 1 atm:

  1. H2(g) + ½ O2(g) → 2 H2O(g)  
  2. CaCO3(s)→ CaO(s) + CO2(g)  
  3. CH3OH(ℓ) + 3/2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)  
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Passo 1

Primeiramente vamos analisar as reações:

A alternativa A :

H2(g) + ½ O2(g) → 2 H2O(g)  

 Única reação em que todos os elementos estão no estado gasoso, porque assim toda a energia é empregada para partir a ligação

Passo 2

Nas outras alternativas, parte da energia é empregada na alteração de estado físico. Para elas não é admissível definir a entalpia da reação através da energia de ligação.

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Quanto as características de energia das reações, assinale a alternativa correta:

  1. As reações exotérmicas, são as absorvem energia, ou seja, os reagentes da reação possuem mais energia do que os produtos.
  2. As reações endotérmicas, são as absorvem energia, ou seja, os reagentes da reação possuem mais energia do que os produtos.
  3. As reações endotérmicas, absorvem energia, com os produtos tendo uma maior quantidade de energia do que os reagentes.
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Passo 1

As reações exotérmicas, são as liberam energia, ou seja, os reagentes da reação possuem mais energia do que os produtos.

Passo 2

As reações endotérmicas, são as absorvem energia, ou seja, os reagentes da reação possuem menos energia do que os produtos.

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #4

HYPERLINK "https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/teoria-das-colisoes.htm" https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/teoria-das-colisoes.htm

A seguir, é apresentado um quadro com algumas energias de ligação no estado gasoso:

São feitas as seguintes afirmações:I. É preciso mais energia para decompor a molécula de oxigênio do que para decompor a molécula de nitrogênio.II. A molécula de HCl deve ser mais estável do que as moléculas de HBr e HI.III. Entre as moléculas gasosas H2, O2 e Cl2, a molécula de Cl2 é a menos estável.Quais estão corretas?

A) Apenas I e II

B) Apenas I e III

C) Apenas II e III

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Passo 1

É preciso mais energia para decompor a molécula de oxigênio (O) do que para decompor a molécula de nitrogênio (N). Para verificar se essa afirmativa é necessário observarmos os valores da energia de ligação de cada elemento, notem que:

ΔH (N)> ΔH (O)

ΔH (N)= 940,8

ΔH (O)= 489,2

Com isso vemos que a energia é maior para romper a molécula de Nitrogênio

Passo 2

A molécula de HCl deve ser mais estável do que as moléculas de HBr e HI. Essa afirmativa está correta pois o valor de ΔH é maior para o ácido clorídrico (HCl).

Passo 3

Entre as moléculas gasosas H2, O2 e Cl2, a molécula de Cl2 é a menos estável e isso ocorre devido à baixa energia de ligação entre as moléculas

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

C2H4(g) → 2 C(g) + 4 H(g)           ∆H = 411 kcal/mol

Na reação representada pela equação anterior, sabe-se que a energia da ligação C ─ H é igual a 72,3 kcal/mol. O valor da energia de ligação C ═ C, em kcal/mol, é:

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Passo 1

Primeiramente vamos desenhar a estrutura da substância C2H4(g) é:                                                                            

H    H

│    │                                                          H ─ C ═ C ─ H

Para formar o carbono e o hidrogênio atômicos é necessário romper 4 ligações

C ─ H  e uma C ═ C.

Passo 2

Como nenhuma ligação é formada na reação fornecida, a entalpia da reação é igual à energia absorvida = 411 kcal/mol

Passo 3

Agora vamos determinar a equação a ser usada:

ΔH = Σr - Σp

4 mol de H = 4 x 72,3 kcal/mol1 mol de C ═ C: X (é a energia de ligação que queremos encontrar)

ΔH = Σr - Σp

411 = 4 x 72,3 + x

411 =289,2 + xx = 411 – 289,2x = 121,8 kcal/mol

Resposta

A energia de ligação C ═ C é de 121,8 kcal/mol

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

O ácido clorídrico (HCl) é uma solução aquosa, ácida empregado como reagente químico, e é um dos ácidos que se ioniza totalmente em solução aquosa, que apresenta a seguinte equação:

H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g)

Análise os valores de energia de ligação dos elementos da equação:

HCl: 432 Kj/molCl2: 243 Kj/molH2: 436 Kj/mol

Determina a energia de formação do HCl(g), em kJ/mol

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Passo 1

A energia de ligação é definida como a variação de entalpia determinada na quebra de 1 mol de uma determinada ligação química.

Para calcular utilizamos a equação:

Δ H   =   Σ r   -   Σ p

A reação dada é:

H 2 ( g )   +   C l 2 ( g )   →   2   H C l

H2= 436 kJ e Cl2= 243 kJ

Δ H   =   436   +   243   =   +   679   k J

Passo 2

Passo 3

Como produto da reação temos 2 HCl 2   x   432   =   864   k J

Assim, temos:

Δ H   =   Σ r   –   Σ p

Δ H   =   679   –   864

Δ H   =   -   185   k J

Como temos 2 mols de HCl, para saber o valor de 1 mol, basta dividirmos por 2:

Δ H   =   - 185 / 2   =   - 92 ,   5   k J / m o l

Resposta

A energia de ligação é de -92, 5 kJ/mol

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

O cloreto de hidrogênio é um gás que, quando borbulhado em água, resulta em uma solução de ácido clorídrico. Determine energia para formação de 2 mol de cloreto de hidrogênio, em kJ

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Passo 1

Passo 2

Para calcular utilizamos a equação:

Δ H   =   Σ r   -   Σ p

A reação dada é:

H 2 ( g )   +   C l 2 ( g )   →   2   H C l

H2= 432 kJ e Cl2= 243 kJ

Δ H   =   432   +   243   =   +   675   k J

Passo 3

Passo 4

Passo 5

Passo 6

Como produto da reação temos 2 HCl ( 2   x   431   =   862   k J )

Assim, temos:

Δ H   =   Σ r   -   Σ p

Δ H   =   675   -   862

Δ H   =   -   18 7   k J / m o l

Passo 7

Passo 8

Resposta

A energia de ligação é de - 187 kJ/mol

Exercício Resolvido #8

Adaptado de: https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-quimica/exercicios-sobre-energia-ligacao.htm

No processo de Haber-Bosch, a amônia é adquirida em elevada temperatura e pressão, empregando ferro como catalisador. Essa amônia tem vasto emprego como fonte de nitrogênio na produção de fertilizante. Dadas as energias de ligação:

H – H→ 436 kJ/mol

N≡ N→ 944 kJ/mol

H – N → 390 kJ/mol

Determine a entalpia de formação de 1 mol de amônia é:

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Passo 1

Primeiramente é devemos reescrever a equação química, demonstrando todas as ligações existentes em cada molécula:

Para formar o carbono e o hidrogênio atômicos é necessário romper 4 ligações

C ─ H e uma C ═ C.

Passo 2

Agora temos que definir a quantidade de energia absorvida no reagente (Er) e liberada no produto (Ep) da reação:

Reagente: 

E r = 1   E N 2 + 3   E H 2

E r = 944 + ( 3 × 436 )

E r = 2252   k J . m o l – 1

Produto:  temos 2 mol de NH3, que possui três ligações N-H. Assim, temos:

E p = 2 × 3 × ( - E N H 3 )

E p = 6 × ( - 390 )

E p = - 2340 k J . m o l – 1  

Passo 3

Δ H   =   Σ r   –   Σ p

Δ H   =   2252   +   ( - 2340 )

Δ H = - 88

Esse resultado é equivalente a 2 mols ne NH3 para 1 mol basta dividir por 2:

Δ H   =   - 88 / 2 =   - 44   k J / m o l

Resposta

A energia de ligação é de -44 kJ/mol

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