Energia de Ligação

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Teoria

Fala aí! Seja bem vindo ao Responde Aí! Bora aprender tudo sobre Energia de Ligação?

O que é Energia de Ligação?

A energia de ligação ou entalpia de ligação nada mais é do que a a energia envolvida na quebra ou na formação de ligações química entre os átomos de uma molécula no estado gasoso.

Energia de Ligação na Quebra de Ligações

Quando a gente dá energia pra molécula, elas começam a vibrar e dependendo do tanto de energia, ela vibra tanto que a sua ligação quebra! Como é o caso da molécula de bromo na figura abaixo:

Energia de Ligação: Quebra de um mol de moléculas de bromo
Energia de Ligação: Quebra de um mol de moléculas de bromo

A energia necessária para a quebra de um mol de ligações em moléculas gasosas na CNTP é chamada energia de ligação!

Mas cuidado, estamos falando de uma ligação só e não de todas as ligações de uma molécula!

Por exemplo, se quiséssemos saber a energia necessária para quebrar todas as ligações da molécula de metano , precisaríamos multiplicar a energia da ligação por . Já que temos quatro ligações entre o carbono e o hidrogênio!

Os valores de energia de ligação são tabelados, assim:

Entalpia de Ligação: Tabela
Entalpia de Ligação: Tabela

São esses os valores que você vai usar na hora de fazer os exercícios!

Reparou que todas as entalpias são positivas!? É porque toda quebra de ligação é endotérmica! Ah, muita atenção! Os valores de entalpia encontrados nessa tabela e em outras, levam em conta uma temperatura de referência, que geralmente é de º.

No vídeo abaixo a gente fala um pouquinho mais sobre a energia de ligação e como calcular a variação de entalpia em uma reação química!

Dá só uma conferida! 😉

Energia de Ligação na Formação de Ligações

Beleza, mas e se a gente fizer o inverso? Se quiséssemos pegar o e formar uma ligação?

Energia liberada na formação da molécula de bromo.
Energia liberada na formação da molécula de bromo.

No caso da formação de uma ligação, o valor da entalpia vai ser negativo, porque precisamos liberar energia! O vai ter o mesmo módulo, só vai alterar o sinal!

A gente tá falando de liberação ou absorção de energia, mas na prática essa energia está em forma de calor, então:

  • Quebra de ligações: A reação absorve calor, então ela é endotérmica ;
  • Formação de ligações: A reação libera calor, então ela é exotérmica .

Cálculo da Entalpia de Reação

Para verificarmos se a reação libera ou absorve energia fazemos assim:

Onde:

  • é a variação da entalpia;
  • é a soma das energias necessárias para formar cada ligação no produto;
  • é a soma das energias necessárias para quebrar cada ligação no reagente.

OBS: não se preocupem pois os valores de energia de ligação já foram medidos e são tabelados, como vimos lá em cima.

Exemplo: Calcule a Entalpia de formação do ácido Clorídrico.

Primeiro escrevemos a reação química:

Pra a gente formar mols de , precisamos quebrar as ligações de hidrogênio e da molécula de cloro e formar as ligações .

Aplicando na fórmula temos:

A energia presente nos reagentes é menor que a do produto, então ao longo da transformação foi absorvido energia.


Logo, a reação é endotérmica!

Bora praticar com exercícios!?

Cálculo da Entalpia de Reação

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

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.

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

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)  

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

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.

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

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

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

C 2 H 4 ( g )   →   2   C ( g )   +   2 H 2   ( g )                       ∆ H   =   +   411   k c a l / m o l

Na reação representada pela equação anterior, sabe-se que a energia da ligação C ─ H é igual a 72,3 kcal/mol e da ligação H – H é 104,2 kcal/mol. O valor da energia de ligação C ═ C, em kcal/mol, é:

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, apenas rompida, a entalpia da reação é igual à energia absorvida = 411 kcal/mol

Passo 3

Agora vamos determinar a equação a ser usada:

ΔH = Σp - Σr

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

ΔH = Σp - Σr

411 = (x + 2 x 104,2) - 4 x 72,3

411 = x + 208,4 - 289,2x = 411 - 208,4 + 289,2x = 491,8 kcal/mol

Resposta

A energia de ligação C ═ C é de 491,8 kcal/mol

Exercício Resolvido #6

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

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

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

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

Passo 1

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 2

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

Resposta

A energia de ligação é de - 187 kJ/mol

Exercício Resolvido #8

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:

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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