Porque a reação das térmitas:
É exotérmica de forma violenta?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a reação da termita
é extremamente exotérmica e violenta. Vamos usar conceitos de termodinâmica química (entalpia de formação) e eletroquímica (potenciais de oxirredução) para entender de onde vem tanto calor e temperatura tão alta.
Passo 2
Para ver por que a reação libera muito calor, aplicamos a Lei de Hess usando entalpias-padrão de formação. Os valores típicos são
Como alumínio metálico e ferro metálico têm
, a entalpia da reação é
Ou seja, a cada mol de
consumido, cerca de
são liberados em fração de segundo.
Passo 3
O motivo físico por trás desse grande valor de
é a formação de ligações Al–O muito fortes em
. Essas ligações são bem mais estáveis (mais energia liberada) do que as ligações Fe–O em
. A diferença de estabilidade resulta numa entalpia de reação fortemente negativa.
Passo 4
Do ponto de vista eletroquímico, o alumínio é um agente redutor mais potente que o ferro. Comparando potenciais padrão:
A diferença de potencial
corresponde a uma energia livre de Gibbs muito negativa, o que se traduz em liberação espontânea e violenta de calor quando a reação é iniciada.
Passo 5
Essa grande liberação de energia ocorre em altíssima taxa, elevando rapidamente a temperatura do meio a mais de
. O ferro formado fica fundido e há ejeção de partículas incandescentes, o que dá a aparência de explosão ou “violância” ao processo. Uma vez iniciada (com faísca ou ignitor), a reação é auto-sustentada e muito rápida.
Resposta
A reação é violenta porque formações de ligações em
liberam cerca de
por mol de óxido reduzido, devido à grande diferença de entalpia de formação entre
e
, e ocorre sob alta diferença de potencial redox. Todo esse calor é liberado muito rapidamente, produzindo temperaturas acima de
e jatos de metal fundido.