Questão 6 - (a) As entalpias de ligação podem ser utilizadas para calcular a entalpia de uma reação química. Sendo assim, estime o \Delta \mathrm{H}_{\mathrm{r}} da seguinte reação química: ( 6,0 pontos)
\mathrm{NBr}_{3}(\mathrm{~g})+\mathrm{F}_{2}(\mathrm{~g}) \longrightarrow \mathrm{NF}_{3}(\mathrm{~g})+\mathrm{Br}_{2}(\mathrm{~g})

Passo 1

O enunciado pede estimar a entalpia da reação usando entalpias de ligação. A reação é:
\mathrm{NBr_{3}}(g)+\mathrm{F_{2}}(g)\longrightarrow \mathrm{NF_{3}}(g)+\mathrm{Br_{2}}(g).
O que nos é pedido: estimar \Delta H_{r} da reação (valor aproximado usando entalpias médias de ligação). Informações relevantes dadas pelo enunciado: a reação química (não foram fornecidas tabelas de entalpia de ligação), portanto usarei valores médios típicos de tabelas de entalpias de ligação para as ligações envolvidas.

Passo 2

Conceito e fórmula que vamos usar (aula rápida e sem pânico).
  • Entalpia média de ligação D(\text{A--B}) é a energia necessária para quebrar uma ligação A–B em fase gasosa (unidade: \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}). Valores são médios e aproximados.
  • A estimativa pela soma de entalpias de ligação usa a regra:
\Delta H_{r}\approx \sum D(\text{ligações quebradas})-\sum D(\text{ligações formadas}).çõçõ
Explicação do sinal: quebrar ligações consome energia (contribui positivamente), formar ligações libera energia (contribui negativamente na diferença), por isso subtraímos as ligações formadas.

Passo 3

Identificar quais ligações são quebradas e quais são formadas na reação:
  • Molécula \mathrm{NBr_{3}} tem três ligações \mathrm{N\!-\!Br}. Ao reagir, todas as três \mathrm{N\!-\!Br} são quebradas.
  • Molécula \mathrm{F_{2}} tem uma ligação \mathrm{F\!-\!F}; essa ligação é quebrada.
  • Produto \mathrm{NF_{3}} tem três ligações \mathrm{N\!-\!F}; três ligações \mathrm{N\!-\!F} são formadas.
  • Produto \mathrm{Br_{2}} tem uma ligação \mathrm{Br\!-\!Br}; uma ligação \mathrm{Br\!-\!Br} é formada.
Portanto:
\text{ligações quebradas: }3\times(\mathrm{N\!-\!Br}) + 1\times(\mathrm{F\!-\!F}).çõ
\text{ligações formadas: }3\times(\mathrm{N\!-\!F}) + 1\times(\mathrm{Br\!-\!Br}).çõ

Passo 4

Escolha dos valores médios de entalpia de ligação (valores típicos de tabelas de química física; o resultado é aproximado e depende da tabela usada). Vou usar os seguintes valores em \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}:
D(\mathrm{N\!-\!Br})=200\quad D(\mathrm{F\!-\!F})=158\quad D(\mathrm{N\!-\!F})=272\quad D(\mathrm{Br\!-\!Br})=193.
Comentário rápido: são valores médios; se a sua prova deu uma tabela, substitua esses números pelos da sua tabela e refaça os cálculos.

Passo 5

Calcular a soma das entalpias das ligações quebradas:
\sum D(\text{quebradas})=3\cdot D(\mathrm{N\!-\!Br}) + 1\cdot D(\mathrm{F\!-\!F})
=3\cdot 200 + 1\cdot 158 = 600 + 158 = 758\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}.

Passo 6

Calcular a soma das entalpias das ligações formadas:
\sum D(\text{formadas})=3\cdot D(\mathrm{N\!-\!F}) + 1\cdot D(\mathrm{Br\!-\!Br})
=3\cdot 272 + 1\cdot 193 = 816 + 193 = 1009\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}.

Passo 7

Aplicar a fórmula da estimativa:
\Delta H_{r}\approx \sum D(\text{quebradas})-\sum D(\text{formadas})
\Delta H_{r}\approx 758-1009 = -251\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}.
Interpretação: o valor é negativo, logo a reação é exotérmica nessa estimativa (libera cerca de 251\\ \mathrm{kJ} por mol de reação).

Passo 8

Comentários finais e como agir na prova:
  • Resultado aproximado: \Delta H_{r}\approx -251\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}} (exotérmica).
  • Se na sua prova houver uma tabela diferente, substitua os D pelos valores da tabela e repita os passos 5–7; o procedimento é exatamente o mesmo.
  • Dica rápida para prova: sempre conte corretamente quantas ligações de cada tipo são quebradas/ formadas, use a fórmula \Delta H=\sum D_{\text{quebradas}}-\sum D_{\text{formadas}} e cheque unidades.

Resposta

-251\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}

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