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Grupo de Estudos – QUÍMICA (Tema 5/10)

Olá, Estudantes!!

Chegamos na metade do caminho no estudo dos conteúdos de Química que mais caem no Enem!

Neste tema vamos tratar sobre: Transformações químicas e energia.

Lembrando que o Gabarito das questões do tema anterior estará disponível no final desta postagem!

Para que nós e o Universo continuemos a existir é necessário que haja energia. Além disso, sem energia o desenvolvimento de nossa sociedade seria inviável. Nosso corpo precisa de energia para realizar as atividades do cotidiano, o carro que andamos precisa da energia dos combustíveis, os equipamentos eletrônicos, que hoje “não vivemos sem”, precisam da energia vinda das pilhas ou baterias, os eletrodomésticos em casa, como geladeira, cafeteira, torradeira, televisão, entre outros, precisam da energia elétrica para funcionar.

O termo energia vem do grego energéia, que significa “força” ou “trabalho”. Assim, um conceito que é bem aceito atualmente para definir “energia” é “a capacidade para realizar trabalho”.

No final do século XVIII, Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) enunciou uma lei fundamental ao Universo, chamada de Lei de Conservação da Massa, que dizia:

“Em uma reação química feita em recipiente fechado, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos.”

Atualmente, essa lei é mais conhecida da seguinte forma:

“Na natureza nada se cria, nada se perde; tudo se transforma.”

É exatamente isso o que ocorre com a energia, ela não pode ser criada nem destruída; mas apenas transformada. Portanto, todos os tipos de energia são transformações de outros tipos de energia.

Vamos conferir então, os tipos de energia que a Química e a Física estudam:

 

 

Energia Potencial em Energia Cinética: Um arco possui energia potencial elástica (ao ser esticado) e essa energia é convertida em energia cinética, quando a flecha é atirada.
 
Energia Potencial em Energia elétrica: Usinas hidrelétricas transformam a energia potencial acumulada da queda d’água para nossas casas, comércios e indústrias na forma de energia elétrica.
 
Energia Elétrica em Energia Térmica: A torradeira, o chuveiro elétrico ou mesmo no ferro de passar roupas, estamos transformando a energia elétrica da tomada em calor.
 
“Energia Química” em Energia Mecânica: A interação entre as moléculas dos combustíveis, como a gasolina, por exemplo, se transforma  em energia térmica e mecânica, que faz o carro se movimentar.
 
 
“Energia Química” em Energia Elétrica: Na pilha ou bateria, a energia química contida nas moléculas das substâncias presentes nelas se transforma em energia elétrica, fazendo os equipamentos eletrônicos funcionarem.

Na queima dos combustíveis dos automóveis ocorre a quebra das ligações químicas dos reagentes e a formação de novas ligações químicas, que originam os produtos. Um caso é mostrado abaixo, que é a combustão do etanol. O etanol é o combustível e o oxigênio do ar é o comburente. As ligações desses dois compostos são desfeitas e são formadas as ligações do gás carbônico e da água. Além disso, é liberado calor para o meio, ou seja, energia química foi transformada em energia térmica e, posteriormente, será transformada em energia mecânica para fazer o carro andar. Veja a representação da equação química desta transformação:

          CH3CH2OH(l)      +     3 O2(g)          →     2 CO2(g)  +  3 H2O(g) energia térmica

       (combustível)          (comburente)                    (produtos da reação)

 

Em que:

CH3CH2OH(l) etanol líquido (combustível)

O2(g) – oxigênio gasoso (comburente)

CO2(g) gás carbônico

H2O(g) vapor de água 

energia térmica – na forma de calor denominada exotérmica (que libera calor).

Assim, no momento das reações químicas, quando as ligações dos reagentes são quebradas e as ligações dos produtos são formadas, há perca e ganho de energia. Toda reação de combustão é exotérmica, libera calor. É por isso que na queima dos combustíveis conseguimos a energia necessária para fazer funcionar determinado objeto que queremos.

Existe, porém, outro fator que influencia nessas reações. Trata-se da energia de ativação, que é a energia mínima necessária para que uma reação ocorra.

Essa energia precisa ser primeiro fornecida ao sistema (reagentes) para que a reação ocorra. Isso acontece, por exemplo, no caso da combustão da gasolina. Não basta que ela esteja em contato com o oxigênio do ar para poder reagir, é preciso o fornecimento de energia, que é realizado no motor a explosão por meio de uma fagulha elétrica proporcionada pela vela, que é um dispositivo eletrônico que fica no interior do cilindro. Com a energia da fagulha elétrica, atinge-se a energia de ativação e a gasolina reage com o oxigênio. No final, essa energia fornecida é devolvida ao sistema e o calor final liberado é em função apenas das energias de reagentes e produtos. Com a energia da fagulha elétrica, atinge-se a energia de ativação e a gasolina reage com o oxigênio. No final, essa energia fornecida é devolvida ao sistema e o calor final liberado é em função apenas das energias de reagentes e produtos.

Veja que bacana!

Existe uma infinidade de conteúdos relacionados às reações químicas envolvendo a queima de combustíveis. Se quiser aprofundar mais neste assunto, clique AQUI.

Ao contrário da maioria das reações, nas quais se procura obter o produto, nas reações de combustão o desejável, em geral, é o calor ou energia liberada nelas. Infelizmente, porém, essas combustões que são essenciais para a manutenção de nossa sociedade (pelo menos por enquanto) tal como a conhecemos, com seus confortos e comodidades, acabam poluindo o meio ambiente.

O petróleo, por exemplo, é um combustível fóssil que dá origem a inúmeros outros combustíveis usados em nosso cotidiano, como a gasolina. Ele é constituído por uma mistura de extrema complexidade de hidrocarbonetos (compostos orgânicos formados por carbono e hidrogênio). No petróleo ainda são encontrados enxofre, nitrogênio e outros elementos que sofrem combustão e são liberados na forma de gases, que poluem a atmosfera, o solo (impregnação) e todo o meio ambiente, trazendo danos para a natureza e para a própria saúde do ser humano.

Existem dois tipos de combustão: a completa e a incompleta. Na combustão completa é feita a ruptura da cadeia carbônica e a oxidação total de todos os átomos de carbono, formando como produtos da queima dos hidrocarbonetos o CO2 (dióxido de carbono) e H2O (vapor d’água). Assim, o CO2 formado reage com a água da chuva, produzindo o ácido carbônico. Outros gases poluentes formados na queima de combustíveis fósseis são os óxidos de nitrogênio (NOx) e de enxofre (SOx), que também reagem com a água, formando, por exemplo, o ácido sulfúrico e o ácido nítrico, gerando o problema da chuva ácida.

Quanto maior for o tamanho das cadeias carbônicas do combustível, maior será a quantidade de impurezas retidas, incluindo os resíduos de enxofre. É por isso que o óleo diesel é um dos maiores poluidores por óxidos de enxofre. Além disso, o aumento cada vez maior de gás carbônico na atmosfera causa outros problemas, como o efeito estufa e o aquecimento global.

Já na combustão incompleta não há quantidade de comburente, ou seja, de oxigênio suficiente para queimar todo o combustível. Assim, os produtos formados são CO (monóxido de carbono) ou C (fuligem) e H2O.  A fuligem e o monóxido de carbono formados também causam grande poluição ao meio ambiente. Isso se dá principalmente em centros urbanos, onde a concentração de veículos e de indústrias é maior.

Sobre os estudos dos impactos ambientais causados pela queima de combustíveis e também sobre a composição dos chamados biocombustíveis ou “combustível verde” você pode acessar  clicando AQUI. 

Em Química estudamos este conteúdo na 1ª, 2ª e 3ª séries do Ensino Médio com apoio do Caderno do Estudante EJA Mundo do Trabalho.

No Volume 1 tratamos sobre a Termoquímica com o estudo das reações de combustão e o poder calorífico de combustíveis  (páginas 47 até 55).

A termoquímica é uma parte da Química que faz o estudo das quantidades de calor liberadas ou absorvidas durante as reações químicas. A maioria das reações químicas envolve perda ou ganho de calor (energia).

A energia das reações químicas é decorrente do rearranjo das ligações químicas dos reagentes, transformando-se em produtos. Essa energia armazenada é a ENTALPIA (H). É a energia que vem de dentro da molécula. Nas reações químicas, não é necessário calcular a entalpia. Devemos calcular, geralmente, a variação de entalpia (ΔH). A variação de entalpia é a diferença entre a entalpia dos produtos e a entalpia dos reagentes.

Como podemos perceber, a entalpia final (Hp) se refere aos produtos e a entalpia inicial (Hr) se refere aos reagentes.

Utilizamos como unidades do calor:

1 cal = 4,18 J (joule)

1 kcal = 1000 cal (calorias)

 

Tipos de reações

As reações químicas podem ser de dois tipos:

– ENDOTÉRMICA:  uma reação química cuja energia total (entalpia) dos seus produtos é maior que a de seus reagentes. Isso significa que ela absorve energia, na forma de calor.

Se o valor da variação de entalpia for positivo a reação é endotérmica, ou seja, ela absorveu energia para acontecer:

ΔH > ZERO = reação positiva e endotérmica

Hp > Hr

– EXOTÉRMICA: é uma reação química cuja energia total (entalpia) dos seus produtos é menor que a de seus reagentes. Isso significa que ela libera energia, na forma de calor.

Se o valor for negativo, a reação é exotérmica, ou seja, ela perdeu energia para acontecer.

ΔH < ZERO = reação negativa e exotérmica

Hp < Hr

No Volume 2 do Caderno do Estudante EJA Mundo do Trabalho  Química, a energia é estudada nos temas Radiações, Núcleo atômico e Energia Nuclear (páginas 26 até 31).

Uma reação nuclear é diferente de uma reação química. Em transformações nucleares o núcleo do átomo sofre alterações, já as reações químicas ocorrem na eletrosfera do átomo.

Energia nuclear ou atômica é a energia produzida nas usinas termonucleares, que utilizam o urânio e outros elementos, como combustível. O princípio de funcionamento de uma usina nuclear é a utilização do calor (termo) para gerar eletricidade. O calor é proveniente da fissão dos átomos de urânio.

O urânio é um recurso mineral não renovável encontrado na natureza, que também é utilizado na produção de material radioativo para uso na medicina. Além do uso para fins pacíficos, o urânio pode também ser utilizado na produção de armamentos, como a bomba atômica.

No Volume 3 – Caderno do Estudante EJA Mundo do Trabalho de Química, estudamos a Cinética Química sobre a Teoria das Colisões que dão origem às reações químicas e como a rapidez das reações podem ser alteradas, contextualizando os fatores que interferem na rapidez de transformações e por fim, a importância da Energia de Ativação numa transformação química (páginas 24 até 30). 

A teoria das colisões explica as reações por meio dos choques entre as moléculas. Seus postulados são:


1) para ocorrer uma reação, é necessário que ocorram choques entre as partículas (moléculas, íons ou átomos) dos reagentes;
2) a colisão provoca o rearranjo dos átomos, formando novas substâncias;
3) os choques devem ocorrer de tal forma que gerem energia suficiente e as partículas estejam em orientação favorável para que o rearranjo atômico possa acontecer.

A Energia de Ativação (Eat) é a energia mínima que os reagentes precisam para que inicie a reação química. Esta energia mínima é necessária para a formação do complexo ativado. Quanto maior a energia de ativação, mais lenta é a reação, porque aumenta a dificuldade para que o processo ocorra. Quanto menor a energia de ativação, menor a “barreira” de energia, mais colisões efetivas e portanto uma reação mais rápida.

Maior Eat →  mais lenta reação

Menor Eat →  menor barreira de enrrgia →  maior núemro de colisões favoráveis →  reação mais rápida.

A energia de ativação varia de acordo com o tipo de reação química. Nas reações endotérmicas ela é maior do que nas exotérmicas.

                 

Onde:

 

É muito importante estarmos atentos aos enunciados dos problemas e questões envolvendo cálculos de energia para que possamos, com facilidade, aplicar as fórmulas estudadas até aqui!

Agora que vimos a importância da Química nas transformações e energia, vamos testar nossos conhecimentos adquiridos com mais questões sobre esse tema no contexto do Enem.

Não perca o Gabarito do tema 4 no final desta postagem!

 
Bons Estudos!
 
 
Ano: 2018 Banca: INEP Órgão: ENEM Prova: INEP – 2018 – ENEM – Exame Nacional do Ensino Médio

 

(Q957460) A figura apresenta um processo alternativo para obtenção de etanol combustível, utilizando o bagaço e as folhas da cana-de-açúcar. Suas principais etapas são identificadas com números.

Em qual etapa ocorre a obtenção desse combustível?

1

2

3

4

5

 

Ano: 2012 Banca: INEP Órgão: ENEM Prova: INEP – 2012 – ENEM – Exame Nacional do Ensino Médio 
 

(Q889022) A usina termelétrica a carvão é um dos tipos de unidades geradoras de energia elétrica no Brasil. Essas usinas transformam a energia contida no combustível (carvão mineral) em energia elétrica.

Em que sequência ocorrem os processos para realizar essa transformação?

A usina transforma diretamente toda a energia química contida no carvão em energia elétrica, usando reações de fissão em uma célula combustível.

A usina queima o carvão, produzindo energia térmica, que é transformada em energia elétrica por dispositivos denominados transformadores.

A queima do carvão produz energia térmica, que é usada para transformar água em vapor. A energia contida no vapor é transformada em energia mecânica na turbina e, então, transformada em energia elétrica no gerador.

A queima do carvão produz energia térmica, que é transformada em energia potencial na torre da usina. Essa energia é então transformada em energia elétrica nas células eletrolíticas.

A queima do carvão produz energia térmica, que é usada para aquecer água, transformando-se novamente em energia química, quando a água é decomposta em hidrogênio e oxigênio, gerando energia elétrica.

 
Ano: 2015 Banca: INEP Órgão: ENEM Prova: INEP – 2015 – ENEM – Exame Nacional do Ensino Médio
 
 
(Q571978) O aproveitamento de resíduos florestais vem se tornando cada dia mais atrativo, pois eles são uma fonte renovável de energia. A figura representa a queima de um bio-óleo extraído do resíduo de madeira, sendo ΔH1 a variação de entalpia devido à queima de 1 g desse bio-óleo, resultando em gás carbônico e água líquida, e ΔH2 a variação de entalpia envolvida na conversão de 1 g de água no estado gasoso para o estado líquido.




A variação de entalpia, em kJ, para a queima de 5 g desse bio-óleo resultando em CO2 (gasoso) e H2O (gasoso) é:

-106.

-94,0.

– 82,0.

– 21,2.

-16,4.

 
Ano: 2018 Banca: INEP Órgão: ENEM Prova: INEP – 2018 – ENEM – Exame Nacional do Ensino Médio 
 

(Q947479) O sulfeto de mercúrio (ll) foi usado como pigmento vermelho para pinturas de quadros e murais. Esse pigmento, conhecido como vermilion, escurece com o passar dos anos, fenômeno cuja origem é alvo de pesquisas. Aventou-se a hipótese de que o vermilion seja decomposto sob a ação da luz, produzindo uma fina camada de mercúrio metálico na superfície. Essa reação seria catalisada por íon cloreto presente na umidade do ar.

WOGAN, T. Mercury’s Dark Influence on Art. Disponível em: www.chemistryworld.com. Acesso em: 26 abr. 2018 (adaptado).

Segundo a hipótese proposta, o íon cloreto atua na decomposição fotoquímica do vermilion:

reagindo como agente oxidante.

deslocando o equilíbrio químico.

diminuindo a energia de ativação.

precipitando cloreto de mercúrio.

absorvendo a energia da luz visível.

Ano: 2011 Banca: INEP Órgão: ENEM Prova: INEP – 2011 – ENEM – Exame Nacional do Ensino Médio 

 

(Q888789) Os materiais radioativos emitem diferentes tipos de radiação. A radiação gama, por exemplo, por sua alta energia e penetração, consegue remover elétrons dos átomos dos tecidos internos e romper ligações químicas por ionização, podendo causar mutação no DNA. Já as partículas beta têm o mesmo efeito ionizante, mas atuam sobre as células da pele.

RODRIGUES JR., A. A. O que é radiação? E contaminação radioativa? Vamos esclarecer. Física na Escola. V. 8, n° 2, 2007. São Paulo: Sociedade Brasileira de Física (adaptado).

Segundo o texto, um indivíduo irradiado por uma fonte radioativa é exposto ao risco de:

transformar-se em um corpo radioativo.

absorver a radiação e armazená-la.

emitir radiação e contaminar outras pessoas.

sofrer alterações gênicas e desenvolver câncer.

transportar a radiação e contaminar outros ambientes.

Muito Bem! Chegamos a mais um Gabarito das questões do tema anterior!!

Se quiser acessar as questões completas clique AQUI.

Até a próxima postagem!

(Q957465) Correta: Alternativa A. O alerta dado pro Levi justifica-se porque a diluição do ácido libera muito calor. A diluição do ácido sulfúrico em água é um processo EXOTÉRMICO, ou seja, ocorre liberação de energia. Calor = Energia.

(Q745509) Correta: Alternativa C. Uma regrinha de três simples ajuda a resolver a questão: Resolução

0,9 g NaCl ——- 100 mL solução
x g———- 500 mL
x = 4,5 g de NaCl

(Q451315) Correta: Alternativa D. Para a resolução da questão é preciso considerar que a concentração de íons hidroxila (OH) padrão é igual a 1,0 x 10-10 mol/L onde tem-se um pOH de 10. Considerando pH + pOH = 14, temos que pH = 4. Onde o pH ideal é de 5 a 9, de acordo com a questão. De forma que não é necessário ter um aumento do pH, para tanto é preciso o emprego de uma solução básica ao meio. Se considerarmos a natureza das substâncias disponíveis, temos: 

CH3COOH = ácido.

Na2SO4 = neutro, sal vindo de ácido e base forte.

CH3OH = ácido.

NH4Cl = ácido, sal de base fraca e ácido forte.

(Q172852) Correta: Alternativa D. No enunciado foi dito que, na água da chuva, são encontrados os seguintes ácidos: H2SO3, HNO₃, HNO2, H₂SO₄ e H2SO3Considerando uma mesma concentração para todos os ácidos, podemos afirmar que vão conferir uma maior acidez à água da chuva o H₂SO₄ e HNO₃, por serem os ácidos mais fortes.

(Q889006) Correta: Alternativa C. Desnecessário dizer que essa foi mamão com mel. É necessário calcular as concentrações em g/L, dividindo a quantidade de cafeína pelo volume. Sendo assim o chá preto apresenta a menor concentração com 0,25 g/ml. 

 

 

 

FONTES:

  1. Adaptações dos Cadernos do Estudante EJA Mundo do Trabalho – Química. Vol. 1, 2 e 3.

  2. Termoquímica. Disponível em https://www.soq.com.br/conteudos/em/termoquimica/index.php

  3. Questões Enem Química. site Qconcursos. Disponível em https://www.qconcursos.com
  4. Guia do Estudante Transformações Cinética Química. Disponível em https://guiadoestudante.abril.com.br/curso-enem-play/as-transformacoes-cinetica-quimica/
  5. Imagens retiradas da internet do site de busca.
 
 
 
Quelselise Xavier

Quelselise Xavier

A Humildade não te faz Melhor que Ninguém, mas te faz Diferente de Muitos! ("Pensador)

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