O vinagre é produzido em larga escala por oxidação do álcool etílico (etanol) em ácido acético, promovido por microrganismos (fermentação). Essa oxidação pode ser descrita como:
. A combustão do etanol é
e a respectiva variação de entalpia é
. A combustão do ácido acético é
e a respectiva variação de entalpia é
. a) Calcule a variação de entalpia da fermentação do etanol. b) Essa reação é endotérmica ou exotérmica?
Passo 1
O enunciado pergunta duas coisas: (a) qual é a variação de entalpia da fermentação do etanol para ácido acético; (b) se essa reação é endotérmica ou exotérmica. As informações fornecidas no enunciado são (peguei esses dados do enunciado):
Objetivo: calcular
para a reação da fermentação acima e classificar se é endotérmica ou exotérmica.
Passo 2
Conceitos essenciais (explicadinho, para a prova): entalpia é uma função de estado que mede conteúdo energético de um sistema à pressão constante; a variação de entalpia
de uma reação é a energia trocada com o ambiente em forma de calor (por mol de reação escrita). A lei que vamos usar é a Lei de Hess: a variação de entalpia de uma reação global é igual à soma algébrica das variações de entalpia de etapas que, somadas, dão a reação global. Em outras palavras, podemos somar equações químicas (e suas entalpias) para obter outra equação e a entalpia resultante será a soma das entalpias (respeitando sinais quando invertermos uma reação ou multiplicarmos por um fator).
Regras práticas úteis:
- Se inverter uma equação química, troque o sinal de
. - Se multiplicar uma equação por um número, multiplique
por esse número. - Ao somar equações, cancele espécies que aparecem dos dois lados; o mesmo processo vale para
.
Passo 3
Planejamento concreto para este problema: usar as combustões dadas para montar a reação de fermentação pela manipulação (adição/subtração) das equações de combustão. A ideia é combinar a combustão do etanol com a combustão do ácido acético (invertida) para que os
e a maioria das
se cancelem, resultando precisamente na equação da fermentação.
Escrevo as equações (com seus
) e a equação da combustão do ácido acético invertida (pois queremos formar ácido acético no produto):
Equação 1 (combustão etanol):
Equação 2 (combustão ácido acético), que vamos inverter:
Invertendo a equação 2 (pois queremos formar
nos produtos), a equação invertida é:
Passo 4
Agora somo a Equação 1 com a Equação 2 invertida e acompanho as cancelas termo a termo:
Some as equações:
No lado esquerdo total aparece
.
No lado direito total aparece .
No lado direito total aparece
Cancelo o que aparece dos dois lados:
-
cancela. -
cancela, sobrando no lado direito. -
no direito cancela com parte dos do esquerdo, sobrando no lado esquerdo.
O que resta é exatamente a equação da fermentação:
Pela Lei de Hess, a entalpia dessa reação é a soma das entalpias das etapas que somei:
Passo 5
Agora faço a conta numérica, usando as entalpias fornecidas (tirei os valores do enunciado):
Portanto a variação de entalpia da reação escrita (por mol de etanol reagido) é
.
Passo 6
Interpretação do sinal:
negativo significa que a reação libera calor para o ambiente, ou seja, é exotérmica. Em linguagem de prova: reação exotérmica → energia é liberada; endotérmica → energia é consumida (positivo).
Dica prática para prova: quando tiver reações de transformação orgânica e te derem entalpias de combustão, tente montar a reação desejada como combinação linear das combustões (ou suas inversas). Inverter uma combustão troca apenas o sinal do
; somando, você cancela
e
e obtém a entalpia desejada.
Resposta
Exotérmica