Dentre um conjunto de reações químicas possiveis (nas mesmas condições e fase de agregação), ocorrerá primeiro, espontaneamente, aquela que for mais exotérmica. Identificar e explicar qual é a reação mais exotérmica:
I)
II)
III)
I)
II)
III)
Passo 1
O enunciado pede para identificar e explicar qual das três reações apresentadas é a mais exotérmica (ou seja, libera mais calor). As informações dadas são exatamente as três reações com seus respectivos valores de entalpia (
):
Essas são todas as informações relevantes do enunciado; a pergunta é: qual é a reação mais exotérmica e por quê.
Passo 2
O que significa ser “mais exotérmica”? Vou explicar devagar e com carinho: quando uma reação é exotérmica, o seu
(variação de entalpia) é negativo, porque energia é liberada para o ambiente. Assim, quanto mais negativo for
, mais calor a reação libera. Portanto, para comparar as três reações, basta comparar os valores numéricos de
: o valor mais negativo indica a reação que libera mais energia.
Regra prática para comparação:
- Se
(mais negativo), então a reação é mais exotérmica que .
Passo 3
Comparando diretamente os valores dados:
Claramente
é o menor (mais negativo) entre os três. Isso já permite afirmar que a reação I é a mais exotérmica. Mas você pediu uma explicação — então vamos entender por que isso acontece em termos de ligações químicas.
Passo 4
Conceito útil: entalpia de reação aproximada por energetica de ligações. Para uma reação simples de quebra e formação de ligações, a variação de entalpia pode ser aproximada por
Cada energia de ligação (dissociação) é a energia necessária para quebrar aquela ligação em uma molécula isolada, em unidades de
. Se a energia das ligações formadas for muito maior que a das ligações quebradas,
fica bem negativo (muita energia liberada).
Passo 5
Aplicando essa ideia às reações dadas: em cada reação quebramos metade de uma molécula
e metade de um
(onde
) e formamos uma ligação
. Usando valores típicos de energias de ligação (aproximações em
):
- energia de dissociação
: - energia de dissociação
: - energia de dissociação
: - energia de dissociação
: - energia de dissociação
: - energia de dissociação
: - energia de dissociação
:
Esses números são tabelados; não precisa decorar tudo, mas entenda que
é uma ligação bem forte, muito mais forte que
e
.
Passo 6
Agora calculamos a estimativa de
para cada reação usando a fórmula com as metades das ligações quebradas (por causa dos coeficientes
):
Para I (
formando
):
Substituindo números:
que é muito próximo do valor dado
.
Passo 7
Para II (
formando
):
coincidindo com o dado
.
Passo 8
Para III (
formando
):
que é uma aproximação razoável do dado
(diferenças pequenas vêm de aproximações nas energias de ligação e efeitos adicionais).
Passo 9
Interpretação física e conclusão: a razão pela qual a reação com flúor é muito mais exotérmica é que a ligação
é extremamente forte (alta energia de ligação), enquanto a ligação
é relativamente fraca — então, ao formar
você ganha muita energia em comparação ao que foi gasto quebrando
e
. Para
e especialmente
, as ligações
e
são mais fracas, então a liberação de energia é menor.
Passo 10
Resumo prático para a prova (decoração rápida e útil): entre reações onde só mudam os halogênios ligados ao hidrogênio, compare a força das ligações
. Maior força de
→ mais exotérmica a formação desse HX (tudo o resto sendo similar). Assim,
>
>
em energia de ligação → reações I > II > III em exotermicidade.