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title: "A energia das reações: combustão e energias de ligação"
book: "Química dos ensinos fundamental e médio"
subject: chemistry
language: pt
chapter: 37
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/37-a-energia-das-reacoes-combustao-e-energias-de-ligacao
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
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# Capítulo 37 — A energia das reações: combustão e energias de ligação

Rompa o lacre de um aquecedor de mãos e, um minuto depois, ele está quente demais para ser segurado por muito tempo; aperte uma compressa fria instantânea e ela gela um tornozelo torcido; um ônibus urbano roda o dia inteiro com hidrogênio e só deixa vapor de água atrás de si. As [transformações químicas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/6-transformacoes-que-nao-podem-ser-desfeitas#def-g5-irreversible-changes-chemical-change) não só transformam substâncias em outras: elas liberam energia, ou a absorvem. De onde vem essa energia, e quanto dela um [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) pode dar?

**O que você já sabe.**

Numa [combustão completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/14-a-combustao-combustiveis-produtos-e-gases-de-efeito-estufa#def-g8-combustion-and-fuels-complete), um [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) feito de carbono e hidrogênio [queima](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning) no gás oxigênio e dá dióxido de carbono e água ([Capítulo 14](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/14-a-combustao-combustiveis-produtos-e-gases-de-efeito-estufa#ch-g8-combustion-and-fuels)). Uma [ligação covalente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-covalent-bond) é um par de [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) compartilhado; as [estruturas de Lewis](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) mostram todas as ligações de uma [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) ([Capítulo 24](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#ch-g10-lewis-and-shape)). A [quantidade de matéria](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) é contada em [mols](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) ([Capítulo 25](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#ch-g10-the-mole)).

![Um aquecedor de mãos: uma reação dentro do saquinho libera calor.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/img-ede8647d25d6.jpg)

*Um aquecedor de mãos: uma reação dentro do saquinho libera calor.*

## 37.1 Transformações exotérmicas e endotérmicas

**Definição 37.1 (Exotérmica, endotérmica).**

Uma transformação é *exotérmica* se ela libera energia para a sua vizinhança, em geral na forma de calor: a vizinhança esquenta. Ela é *endotérmica* se ela absorve energia da sua vizinhança: a vizinhança esfria, ou a transformação precisa de aquecimento para continuar.

**Exemplo 37.2 (Quente e frio).**

As [combustões](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning) são [exotérmicas](#def-g11-reaction-energy-exothermic), e também a reação lenta do ferro em pó com o gás oxigênio do [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) dentro de um aquecedor de mãos. A dissolução do nitrato de amônio na água, usada nas compressas frias, é [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic); e também a decomposição do calcário em cal virgem e dióxido de carbono, que só acontece num forno muito quente.

![Diagramas de energia. Numa reação exotérmica, os produtos têm menos energia que os reagentes, e a diferença é liberada; numa endotérmica, eles têm mais, e a diferença tem de ser fornecida.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-3a92537e7451.svg)

*Diagramas de energia. Numa reação [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic), os produtos têm menos energia que os [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant), e a diferença é liberada; numa [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic), eles têm mais, e a diferença tem de ser fornecida.*

## 37.2 A energia liberada por uma combustão

**Definição 37.3 (Energia molar de combustão).**

A *energia molar de combustão* $E_c$ de um [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) é a energia liberada pela [combustão completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/14-a-combustao-combustiveis-produtos-e-gases-de-efeito-estufa#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de um [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) dele, em $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$, com a água formada no estado líquido.

**Proposição 37.4 (A energia liberada por nnn mols).**

A [combustão completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/14-a-combustao-combustiveis-produtos-e-gases-de-efeito-estufa#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de uma quantidade $n$ de [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) libera a energia $Q = n \times E_c$. Para o metano, $E_c = 890.7\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$: queimar $1.00\,\mathrm{mol}$ ($16.0\,\mathrm{g}$) dele libera cerca de $891\,\mathrm{kJ}$.

**Demonstração.** Cada [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) queimado libera $E_c$; $n$ [mols](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) liberam $n$ vezes mais. ∎

**No laboratório — Aquecer água com uma lamparina a álcool.**

Uma lamparina de etanol é pesada e depois acesa debaixo de uma lata de [metal](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal) com $200\,\mathrm{g}$ de água e um termômetro dentro. Quando a água esquentou $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, a chama é apagada e a lamparina é pesada de novo: ela perdeu $1.50\,\mathrm{g}$ de etanol. A energia recebida pela água é calculada com a fórmula da física $Q = m\, c\, \Delta\theta$, em que $c = 4.18\,\mathrm{J}/(\mathrm{g}\,{}^{\circ}\mathrm{C})$ é o calor específico da água. Ela é muito menor que a energia que o etanol poderia liberar: boa parte do calor esquenta o [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air), a lata e a lamparina, e uma parte do etanol [queima](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning) de forma incompleta.

![Medir a energia dada por um combustível: uma lamparina a álcool aquece uma lata de água cuja elevação de temperatura é medida.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-bb552f9aed64.svg)

*Medir a energia dada por um [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel): uma lamparina a álcool aquece uma lata de água cuja elevação de temperatura é medida.*

**Exemplo 37.5 (A lamparina em números).**

A água recebeu $Q = 200 \times 4.18 \times 25 = 2.09 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$, isto é, $20.9\,\mathrm{kJ}$. O etanol queimado, $1.50\,\mathrm{g}$, corresponde a $1.50 / 46.0 = 0.0326\,\mathrm{mol}$; com $E_c = 1367.6\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$, ele poderia liberar $0.0326 \times 1367.6 = 44.6\,\mathrm{kJ}$. Só $20.9 / 44.6 \approx 47\,\%$ disso chegou à água.

## 37.3 As energias de ligação

**Definição 37.6 (Energia de ligação).**

A *energia de ligação* de uma [ligação covalente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-covalent-bond) é a energia necessária para romper um [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) dessas ligações, com as [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) e os [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) no estado gasoso. As tabelas dão valores médios, medidos em muitas [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule), em $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$.

| ligação | $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ | ligação | $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ | ligação | $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| $\ce{H-H}$ | 436 | $\ce{C-C}$ | 345 | $\ce{O=O}$ | 498 |
| $\ce{C-H}$ | 415 | $\ce{C=C}$ | 611 | $\ce{N#N}$ | 946 |
| $\ce{N-H}$ | 390 | $\ce{C-O}$ | 350 | $\ce{Cl-Cl}$ | 243 |
| $\ce{O-H}$ | 464 | $\ce{C=O}$ | 741 | $\ce{H-Cl}$ | 432 |

*[Energias de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) médias. Romper uma ligação sempre custa energia; formá-la devolve a mesma energia.*

![A combustão do metano como duas etapas imaginárias, com energias de ligação médias: romper todas as ligações, e depois formar as novas. A estimativa, -682\, kJ por mol de metano, é exotérmica.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-c65a331232bf.svg)

*A [combustão](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning) do metano como duas etapas imaginárias, com [energias de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) médias: romper todas as ligações, e depois formar as novas. A estimativa, $-682\,\mathrm{kJ}$ por [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de metano, é [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic).*

**Proposição 37.7 (Estimar uma energia de reação).**

Para uma reação entre gases, a energia absorvida, $E_r$ (negativa se há liberação de energia), é aproximadamente

$$
E_r \approx \sum E(\text{ligações rompidas}) - \sum E(\text{ligações formadas}) .
$$

Se $E_r < 0$, a formação das novas ligações libera mais energia do que a necessária para romper as antigas: a reação é [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Demonstração.** Imagine a reação em duas etapas: todas as ligações dos [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) são rompidas, o que custa a primeira soma e deixa [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) separados; depois as ligações dos produtos se formam, o que devolve a segunda soma. O resultado é só uma estimativa, porque as tabelas dão médias sobre muitas [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule). ∎

**Método 37.8 (Estimar uma energia de reação a partir das energias de ligação).**

1. Escreva a [equação balanceada](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/13-conservacao-da-massa-e-equacoes-balanceadas#def-g8-balanced-equations-equation) e a [estrutura de Lewis](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) de cada [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) .
2. Conte as ligações de cada tipo rompidas nos [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) e formadas nos produtos, com os coeficientes.
3. Some as energias das ligações rompidas e subtraia as das ligações formadas.
4. Conclua: um resultado negativo indica uma reação [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) .

**Exemplo 37.9 (O hidrogênio e o cloro).**

Para $\ce{H2 + Cl2 -> 2HCl}$: um $\ce{H-H}$ e um $\ce{Cl-Cl}$ rompidos, $436 + 243 = 679\,\mathrm{kJ}$; dois $\ce{H-Cl}$ formados, $2 \times 432 =
864\,\mathrm{kJ}$. Logo $E_r \approx 679 - 864 = -185\,\mathrm{kJ}$ por [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de reação: [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Observação 37.10 (Estimativa e medida).**

A energia medida liberada pela [queima](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning) de um [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de metano é $890.7\,\mathrm{kJ}$, maior que a estimativa. Três razões: as ligações $\ce{C=O}$ do dióxido de carbono são mais fortes que o $\ce{C=O}$ médio da tabela; o valor medido é para a água líquida, e a condensação do vapor de água libera mais energia; e as [energias de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) médias são só médias. O método das [energias de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) dá o sinal e a ordem de grandeza, não o valor exato.

## 37.4 Comparar os combustíveis

![Energia liberada pela combustão completa de um quilograma de cinco combustíveis (com a água formada no estado líquido). O hidrogênio dá de longe o máximo por quilograma; o etanol, já parcialmente “queimado” (ele contém oxigênio), o mínimo.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-24cdf18dff25.svg)

*Energia liberada pela [combustão completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/14-a-combustao-combustiveis-produtos-e-gases-de-efeito-estufa#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de um quilograma de cinco [combustíveis](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) (com a água formada no estado líquido). O hidrogênio dá de longe o máximo por quilograma; o etanol, já parcialmente “queimado” (ele contém oxigênio), o mínimo.*

**Exemplo 37.11 (Dióxido de carbono por megajoule).**

Queimar um [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de metano libera $890.7\,\mathrm{kJ}$ e um [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de dióxido de carbono, $44.0\,\mathrm{g}$. Para um megajoule, $1000\,\mathrm{kJ}$, ele libera $44.0 \times 1000 / 890.7 = 49.4\,\mathrm{g}$ de dióxido de carbono. O etanol, com dois [mols](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de dióxido de carbono por $1367.6\,\mathrm{kJ}$, libera $88.0 \times 1000 / 1367.6 = 64.3\,\mathrm{g}$ por megajoule. O hidrogênio não libera nenhum: o seu único produto é a água.

![Um ônibus num posto de hidrogênio: o seu combustível só libera água.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/img-0d305d894882.jpg)

*Um ônibus num posto de hidrogênio: o seu [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) só libera água.*

**Segurança.**

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-1664a80a99b8.svg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-0df833fa40ae.svg)

O etanol é altamente inflamável e irritante para os olhos. Uma lamparina a álcool é enchida longe de qualquer chama, nunca é reabastecida enquanto está quente, e é usada pelo professor sobre uma placa resistente ao calor.

## 37.5 Exercícios

**Exercício 37.1 ★.**

[Exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) ou [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic): a madeira queimando; o gelo derretendo; uma compressa fria sendo apertada; um aquecedor de mãos esquentando; uma folha verde produzindo açúcar à luz do Sol?

**Solução de Exercício 37.1.**

A madeira queimando: [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic). O gelo derretendo: [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) (ele tira calor da vizinhança, embora não seja uma [reação química](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reaction)). Compressa fria: [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic). Aquecedor de mãos: [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic). Produzir açúcar à luz do Sol: [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) (a energia vem da luz).

**Exercício 37.2 ★.**

Que energia libera a [combustão completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/14-a-combustao-combustiveis-produtos-e-gases-de-efeito-estufa#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de $3.0\,\mathrm{mol}$ de metano?

**Solução de Exercício 37.2.**

$Q = 3.0 \times 890.7 = 2.7 \times 10^{3}\,\mathrm{kJ}$, cerca de $2.7\,\mathrm{MJ}$.

**Exercício 37.3 ★.**

No diagrama de energia de uma reação [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic), o que tem mais energia, os [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) ou os produtos? Para onde vai a diferença?

**Solução de Exercício 37.3.**

Os [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant). A diferença é liberada para a vizinhança, principalmente na forma de calor.

**Exercício 37.4 ★.**

Que energia libera a [combustão completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/14-a-combustao-combustiveis-produtos-e-gases-de-efeito-estufa#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de $100\,\mathrm{g}$ de etanol?

**Solução de Exercício 37.4.**

$n = 100 / 46.0 = 2.17\,\mathrm{mol}$; $Q = 2.17 \times 1367.6 =
2.97 \times 10^{3}\,\mathrm{kJ}$, cerca de $3.0\,\mathrm{MJ}$.

**Exercício 37.5 ★.**

O que é uma [energia de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy)? Por que romper uma ligação sempre custa energia?

**Solução de Exercício 37.5.**

A energia necessária para romper um [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) dessas ligações, com as [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) e os [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) no estado gasoso. O par compartilhado mantém os dois [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) juntos: afastá-los é agir contra essa atração, o que exige energia.

**Exercício 37.6 ★★.**

Estime, com as [energias de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy), a energia da reação $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$, tudo no estado gasoso. Ela é [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic)?

**Solução de Exercício 37.6.**

Rompidas: $2 \times 436 + 498 = 1370\,\mathrm{kJ}$; formadas: $4 \times 464 = 1856\,\mathrm{kJ}$; $E_r \approx 1370 - 1856 =
-486\,\mathrm{kJ}$: [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Exercício 37.7 ★★.**

Estime a energia da [combustão](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning) do etanol, $\ce{C2H5OH + 3O2 ->
2CO2 + 3H2O}$, com as [energias de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) (desenhe primeiro a [estrutura de Lewis](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) do etanol), e compare com o valor medido de $1367.6\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$.

**Solução de Exercício 37.7.**

O etanol $\ce{CH3-CH2-O-H}$ tem 5 $\ce{C-H}$, 1 $\ce{C-C}$, 1 $\ce{C-O}$ e 1 $\ce{O-H}$. Rompidas: $5 \times 415 + 345 + 350 + 464 + 3 \times 498 =
4728\,\mathrm{kJ}$. Formadas: $4 \times 741 + 6 \times 464 = 5748\,\mathrm{kJ}$. $E_r \approx -1020\,\mathrm{kJ}$, cerca de um quarto menor, em valor absoluto, que os $1367.6\,\mathrm{kJ}$ medidos.

**Exercício 37.8 ★★.**

Calcule a energia liberada por quilograma de propano ($2219.2\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$) e de metano. Compare com o gráfico de barras.

**Solução de Exercício 37.8.**

Propano: $2219.2 / 0.0440 = 5.04 \times 10^{4}\,\mathrm{kJ}/\mathrm{kg} = 50.4\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$. Metano: $890.7 / 0.0160 = 55.7\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$. Os dois como no gráfico.

**Exercício 37.9 ★★.**

Um fogão a gás aquece $1.50\,\mathrm{L}$ de água ($1500\,\mathrm{g}$) de $15\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ até $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Que energia a água recebe? Que massa de metano é queimada se toda a energia chegar à água? E se só metade chegar?

**Solução de Exercício 37.9.**

$Q = 1500 \times 4.18 \times 85 = 5.33 \times 10^{5}\,\mathrm{J} = 533\,\mathrm{kJ}$; $n = 533 / 890.7 = 0.598\,\mathrm{mol}$, isto é, $0.598 \times 16.0 =
9.6\,\mathrm{g}$ de metano; com metade da energia perdida, $19\,\mathrm{g}$.

**Exercício 37.10 ★★.**

Usando o gráfico de barras, ordene os [combustíveis](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) pela energia por quilograma. Que massa de hidrogênio dá a mesma energia que $1.0\,\mathrm{kg}$ de octano?

**Solução de Exercício 37.10.**

Hidrogênio > metano > propano > octano > etanol. $48.0 / 142.9 = 0.34\,\mathrm{kg}$ de hidrogênio.

**Exercício 37.11 ★★.**

Estime a energia de $\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3}$, tudo no estado gasoso. [Exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) ou [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic)?

**Solução de Exercício 37.11.**

Rompidas: $946 + 3 \times 436 = 2254\,\mathrm{kJ}$; formadas: $6 \times 390 = 2340\,\mathrm{kJ}$; $E_r \approx -86\,\mathrm{kJ}$: levemente [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Exercício 37.12 ★★★.**

Num experimento com lamparina a álcool, $250\,\mathrm{g}$ de água esquentam $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ enquanto $1.20\,\mathrm{g}$ de etanol queimam. Calcule a energia recebida pela água, a energia que o etanol poderia liberar e a eficiência do aquecimento. Dê três causas das perdas.

**Solução de Exercício 37.12.**

Água: $250 \times 4.18 \times 20 = 2.09 \times 10^{4}\,\mathrm{J} = 20.9\,\mathrm{kJ}$. Etanol: $1.20 / 46.0 = 0.0261\,\mathrm{mol}$, que poderia liberar $0.0261 \times 1367.6 = 35.7\,\mathrm{kJ}$. Eficiência $20.9 / 35.7 \approx 59\,\%$. Perdas: calor levado pelo [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air), calor que aquece a lata e o suporte, [combustão incompleta](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/14-a-combustao-combustiveis-produtos-e-gases-de-efeito-estufa#def-g8-combustion-and-fuels-complete) (fuligem), uma parte do etanol que [evapora](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/3-separar-misturas#def-g3-separating-mixtures-evaporate) sem queimar.

**Exercício 37.13 ★★★.**

O octano libera $5470\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ e o propano $2219.2\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$. Escreva as suas equações de [combustão](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning) e calcule a massa de dióxido de carbono que cada um libera por megajoule. Compare com o metano, $49.4\,\mathrm{g}$.

**Solução de Exercício 37.13.**

$\ce{2C8H18 + 25O2 -> 16CO2 + 18H2O}$: 8 [mols](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de dióxido de carbono, $352\,\mathrm{g}$, por $5470\,\mathrm{kJ}$, logo $352 / 5.470 = 64.4\,\mathrm{g}$ por megajoule. $\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}$: $132\,\mathrm{g}$ por $2219.2\,\mathrm{kJ}$, logo $59.5\,\mathrm{g}$ por megajoule. O metano, com $49.4\,\mathrm{g}$, é o que libera menos.

**Exercício 37.14 ★★★.**

Tanto para o metano quanto para o etanol, a estimativa pelas [energias de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) é menor que a energia medida liberada. Dê as razões, e explique por que a estimativa continua útil.

**Solução de Exercício 37.14.**

A tabela dá [energias de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) médias, enquanto as ligações $\ce{C=O}$ do dióxido de carbono são mais fortes que a média; os valores medidos são para a água líquida, cuja condensação libera mais energia que a reação entre gases; e o método trata cada ligação como independente das vizinhas. A estimativa continua útil: ela dá o sinal certo ([exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic)) e a ordem de grandeza certa sem nenhuma medida.

**Exercício 37.15 ★★★.**

Estime a energia de $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$, tudo no estado gasoso. Por que é preciso fornecer energia (por exemplo na forma de eletricidade) para produzir hidrogênio a partir da água? Explique por que o hidrogênio é chamado de meio de *armazenar* energia, e não de fonte de energia.

**Solução de Exercício 37.15.**

Rompidas: $4 \times 464 = 1856\,\mathrm{kJ}$; formadas: $2 \times 436 + 498 =
1370\,\mathrm{kJ}$; $E_r \approx +486\,\mathrm{kJ}$: [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic), logo é preciso fornecer energia. Queimar o hidrogênio depois devolve essa energia: o hidrogênio armazena energia produzida em outro lugar, ele não cria energia.

## 37.6 Problema: que combustível para o ônibus urbano?

**Problema 37.1.**

Problema de fim de semana — metano, etanol, octano ou hidrogênio: qual dá mais energia por quilograma, e quanto dióxido de carbono por megajoule?

Uma cidade compara quatro [combustíveis](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) para os seus ônibus: o metano (gás natural), o etanol, o octano (pela gasolina) e o hidrogênio. As energias liberadas pela [combustão completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/14-a-combustao-combustiveis-produtos-e-gases-de-efeito-estufa#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de um [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) são: metano $890.7\,\mathrm{kJ}$, etanol $1367.6\,\mathrm{kJ}$, octano $5470\,\mathrm{kJ}$, hidrogênio $285.8\,\mathrm{kJ}$, com a água formada no estado líquido.

**Parte I — As equações de [combustão](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning).**

1. Escreva a equação da [combustão completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/14-a-combustao-combustiveis-produtos-e-gases-de-efeito-estufa#def-g8-combustion-and-fuels-complete) do metano.
2. Do etanol, $\ce{C2H6O}$ .
3. Do octano, $\ce{C8H18}$ .
4. Do hidrogênio.
5. Que [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) não libera dióxido de carbono?

**Parte II — A energia por quilograma.**

6. Calcule as [massas molares](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-molar-mass) dos quatro [combustíveis](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) .
7. Calcule a energia liberada por quilograma de cada um, em $\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$ .
8. Ordene os [combustíveis](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) .
9. O hidrogênio ganha de longe. Por que, mesmo assim, ele é difícil de levar num ônibus? (Pense no seu estado à temperatura ambiente.)

**Parte III — Estimar com as [energias de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy).**

10. Desenhe as [estruturas de Lewis](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) das [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) da [combustão](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning) do metano, e conte as ligações rompidas e formadas.
11. Calcule a energia necessária para romper as ligações.
12. Calcule a energia liberada pela formação das novas ligações.
13. Deduza a estimativa de $E_r$ , e compare com o valor medido: qual é a diferença relativa?
14. Dê duas razões para a diferença.

**Parte IV — O dióxido de carbono por megajoule.**

15. Que quantidade de metano deve queimar para liberar $1\,\mathrm{MJ}$ ?
16. Que massa de dióxido de carbono ela libera?
17. A mesma pergunta para o etanol e o octano.
18. Que [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) de carbono libera menos dióxido de carbono para a mesma energia? Por quê (compare os números de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de C e de H)?
19. O hidrogênio não libera nenhum ao queimar. De que depende o seu verdadeiro benefício para o clima?
20. Dê a resposta final: que massa de dióxido de carbono o metano libera por megajoule?

**Solução de Problema 37.1.**

**1.** $\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}$.

**2.** $\ce{C2H6O + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O}$.

**3.** $\ce{2C8H18 + 25O2 -> 16CO2 + 18H2O}$.

**4.** $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$.

**5.** O hidrogênio.

**6.** $16.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, $46.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, $114.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, $2.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$.

**7.** Em $\mathrm{kJ}$ por $\mathrm{kg}$, e depois $\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$: metano $890.7 / 0.0160$, $55.7\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$; etanol $1367.6 / 0.0460$, $29.7\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$; octano $5470 / 0.1140$, $48.0\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$; hidrogênio $285.8 / 0.0020$, $142.9\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$.

**8.** Hidrogênio > metano > octano > etanol.

**9.** O hidrogênio é um gás muito leve: um quilograma dele ocupa um volume enorme à pressão normal, por isso ele precisa ser comprimido em tanques pesados de alta pressão.

**10.** Metano: 4 $\ce{C-H}$; gás oxigênio: 2 $\ce{O=O}$ rompidas. Dióxido de carbono: 2 $\ce{C=O}$; água: $2 \times 2 = 4$ $\ce{O-H}$ formadas.

**11.** $4 \times 415 + 2 \times 498 = 2656\,\mathrm{kJ}$.

**12.** $2 \times 741 + 4 \times 464 = 3338\,\mathrm{kJ}$.

**13.** $E_r \approx 2656 - 3338 = -682\,\mathrm{kJ}$, contra $-890.7\,\mathrm{kJ}$ medidos: cerca de $23\,\%$ menor em valor absoluto.

**14.** As [energias de ligação](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) médias (o $\ce{C=O}$ do dióxido de carbono é mais forte que a média); a água líquida na medida, gases na estimativa.

**15.** $1000 / 890.7 = 1.123\,\mathrm{mol}$.

**16.** $1.123 \times 44.0 = 49.4\,\mathrm{g}$.

**17.** Etanol: $1000 / 1367.6 = 0.731\,\mathrm{mol}$, que dão $1.462\,\mathrm{mol}$ de dióxido de carbono, $64.3\,\mathrm{g}$. Octano: $1000 / 5470 = 0.183\,\mathrm{mol}$, que dão $1.463\,\mathrm{mol}$, $64.4\,\mathrm{g}$.

**18.** O metano: ele tem o maior número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio por [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono (4 contra 2.25 no octano), e queimar hidrogênio dá energia sem dióxido de carbono.

**19.** Do modo como o hidrogênio é produzido: a partir da água, com eletricidade de fontes renováveis, ele quase não libera dióxido de carbono; produzido a partir do metano, ele libera dióxido de carbono na fábrica em vez de no escapamento.

**20.** O metano libera cerca de $49\,\mathrm{g}$ de dióxido de carbono por megajoule.