28- Com base em considerações energéticas, qual das seguintes reações ocorrerá mais facilmente?
\begin{aligned} & \mathrm{Cl}_{(\mathrm{g})}+\mathrm{CH}_{4(\mathrm{~g})} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{Cl}+\mathrm{H}_{(\mathrm{g})} \Delta \mathrm{H}_{\text {reação }}=85 \mathrm{~kJ} \cdot \mathrm{~mol}^{-1} \\\ & \mathrm{Cl}_{(\mathrm{g})}+\mathrm{CH}_{4(\mathrm{~g})} \rightarrow \mathrm{CH}_{3}+\mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})} \Delta \mathrm{H}_{\text {reação }}=-18 \mathrm{~kJ} \cdot \mathrm{~mol}^{-1} \end{aligned}çãçã

Passo 1

O enunciado dá duas reações e seus calores de reação (entalpias) e pede: com base em considerações energéticas, qual reação ocorrerá mais facilmente?
Dados fornecidos:
  • Reação A: \mathrm{Cl}_{(\mathrm{g})} + \mathrm{CH}_{4(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{CH}_{3}\mathrm{Cl} + \mathrm{H}_{(\mathrm{g})} com \Delta H_{\text{reação}} = +85\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}çã.
  • Reação B: \mathrm{Cl}_{(\mathrm{g})} + \mathrm{CH}_{4(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} + \mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})} com \Delta H_{\text{reação}} = -18\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}çã.
O que se pede claramente: escolher, entre A e B, qual será energeticamente mais favorável (ocorrerá mais facilmente com base em energia).

Passo 2

O que significa a entalpia \Delta H e como ela indica facilidade energética?
  • Definição curta: \Delta H_{\text{reação}}çã é a variação de entalpia (calor) quando a reação ocorre a pressão constante por mol de reação segundo o esquema dado.
  • Interpretação do sinal:
    • Se \Delta H < 0 a reação é exotérmica: libera calor para o ambiente (energia dos produtos menor que a dos reagentes). Energeticamente tende a ser favorável.
    • Se \Delta H > 0 a reação é endotérmica: precisa fornecer calor (energia dos produtos maior que a dos reagentes). Energeticamente menos favorável.
  • Regra prática para estimar \Delta H por ligações: \Delta H \approx \sum (\text{energias das ligações quebradas}) - \sum (\text{energias das ligações formadas}).çõçõAqui cada termo é a energia média de ruptura/ formação de uma ligação por mol; valores positivos representam energia necessária para quebrar uma ligação.

Passo 3

Vamos ver as energias de ligação típicas que usaremos para estimar \Delta H e entender os valores numéricos (são valores médios aproximados, comuns em tabelas):
  • energia da ligação \mathrm{C-H}: E(\mathrm{C-H}) \approx 413\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.
  • energia da ligação \mathrm{H-Cl}: E(\mathrm{H-Cl}) \approx 431\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.
  • energia da ligação \mathrm{C-Cl}: E(\mathrm{C-Cl}) \approx 328\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.
Explanação rápida: esses números dizem quanto custa (em kJ/mol) quebrar a ligação; formar a ligação libera aproximadamente esse mesmo valor. Usando a fórmula do passo anterior, podemos explicar os \Delta H dados no enunciado.

Passo 4

Estimativa para a Reação B ( \mathrm{Cl} + \mathrm{CH}_4 \rightarrow \mathrm{CH}_3 + \mathrm{HCl}) usando energias de ligação:
  • Ligações quebradas: uma ligação \mathrm{C-H} em \mathrm{CH}_4: E_{\text{quebradas}} = E(\mathrm{C-H}) = 413\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.
  • Ligações formadas: uma ligação \mathrm{H-Cl}: E_{\text{formadas}} = E(\mathrm{H-Cl}) = 431\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.
Aplicando a fórmula:
\Delta H \approx 413 - 431 = -18\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.
Comentário: o resultado é negativo (exotérmico) e coincide com o valor fornecido no enunciado. Isso significa que, energeticamente, a formação de \mathrm{HCl} e do radical \mathrm{CH}_3 libera energia líquida.

Passo 5

Estimativa para a Reação A ( \mathrm{Cl} + \mathrm{CH}_4 \rightarrow \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl} + \mathrm{H}) usando energias de ligação:
  • Ligações quebradas: uma ligação \mathrm{C-H}: E_{\text{quebradas}} = 413\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.
  • Ligações formadas: uma ligação \mathrm{C-Cl} ao formar \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl}: E_{\text{formadas}} = 328\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.
Aplicando a fórmula:
\Delta H \approx 413 - 328 = +85\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.
Comentário: o resultado é positivo (endotérmico) e também coincide com o valor dado no enunciado. Isso mostra que formar \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl} diretamente enquanto se gera um átomo de hidrogênio isolado exige energia líquida.

Passo 6

Conclusão energética e observação prática:
  • Comparando \Delta H: a Reação B tem \Delta H = -18\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}} (exotérmica) e a Reação A tem \Delta H = +85\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}} (endotérmica).
  • Com base apenas em energetics (entalpia), reações exotérmicas são mais favoráveis do ponto de vista de liberação de energia; portanto, a Reação B ocorrerá mais facilmente energeticamente.
  • Observação adicional (útil na prova): facilidade energética não garante necessariamente que a reação seja rápida — a barreira de ativação e o mecanismo (cinética) também importam. No caso real da reação entre \mathrm{Cl} atômico e \mathrm{CH}_4, o mecanismo de abstração de hidrogênio que gera \mathrm{HCl} e \mathrm{CH}_3 é exatamente o passo esperado (radicalar) e é compatível com a estimativa exergônica, por isso a Reação B é a rota praticável.
Força extra de ânimo: você já entendeu como usar energias de ligação para justificar resultados numéricos — ótima ferramenta para provas!

Resposta

\mathrm{Cl}_{(\mathrm{g})} + \mathrm{CH}_{4(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} + \mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})} \Delta H_{\text{reação}} = -18\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}çã

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