Princípio de Thompsen e Berthelot

Suponha que um recipiente contenha hidrogênio gasoso a determinada pressão e temperatura. Agora, sejam adicionados mais três gases da classe dos halogênios (como o Flúor, o Cloro e o Bromo) pela afinidade que os mesmos têm com o hidrogênio. Conhecendo-se a entalpia-padrão de formação dos compostos finais das reações, pode-se afirmar qual reação ocorrerá primeiro:

H2(g) + F2(g) ->    2HF(g) ΔH = -268,36 KJ/mol

H2(g) + Cl2(g) ->  2HCl(g) ΔH = -92,38 KJ/mol

H2(g) + Br2(g) ->  2HBr(g) ΔH = -36,37 KJ/mol

Como a reação de formação do fluoreto de hidrogênio libera mais energia (ΔH menor dentre os três), pode-se afirmar que esse composto é o primeiro a ser formado, dado o princípio de Thompsen e Berthelot:

“Dentre um conjunto de reações químicas possíveis, ocorrerá primeiro, espontaneamente, aquela que for mais exotérmica.”

Mas, qual o real motivo das reações mais exotérmicas ocorrerem primeiro?

Quando esse princípio foi teorizado (em 1867), os cientistas responsáveis (os mesmos que nomeiam a Lei) tinham a consciência que uma reação química acontece espontaneamente se, e somente se, os produtos forem menos energéticos que os reagentes, ou seja, mais estáveis. Portanto:

  1. Quanto mais estável um composto, menos energético ele é;
  2. Quanto menos energético um composto, menor a variação de entalpia da sua reação de formação (lembrando que, como o sinal da entalpia é negativo para as reações exotérmicas, os números decrescem com o módulo: logo, -50 é maior que -51);
  3. Quanto menor a variação da entalpia de formação, mais espontânea ela é.

Sendo assim, pode ser feita a seguinte afirmação:

Numa reação exotérmica, os átomos que constituem os reagentes se reorganizam, formando outros compostos, liberando a maior quantidade de energia possível durante as novas ligações químicas sob forma de calor. De modo a se tornarem menos energéticos quando ligados a outros átomos e, por conseguinte, mais estáveis.

Hoje, a Química afirma que uma reação espontânea não é necessariamente exotérmica: a síntese da água (a partir de hidrogênio e oxigênio gasosos) é exotérmica, mas não é espontânea, já que é necessária uma fonte pequena de energia para que a reação comece. Assim como, a reação da amônia com a água (formando hidróxido de amônio) é endotérmica (a solução fica muito fria, a depender da quantidade de amônia utilizada), mas acontece instantaneamente – sem fornecimento de energia.

Fatores que Influenciam as Reações Exotérmicas

Como as reações exotérmicas liberam energia calorífica, significa que quanto menor a temperatura na qual os reagentes se encontram, mais favorecido fica o lado dos produtos. Entretanto, isso não significa que a reação acontecerá com maior velocidade: para isso, seria necessária a presença de um catalisador adequado.

E, mesmo para uma temperatura mais baixa há um limite: pois com a diminuição dela provém a redução da energia cinética das moléculas e/ou átomos envolvidos. Sendo assim, podendo reduzir a velocidade na qual a reação acontece.

Assim como em qualquer outra reação, um catalisador (uma espécie química inerte às substâncias envolvidas, mas capaz de diminuir a energia de ativação da reação) acelera o processo, mas deve-se tomar cuidado na sua escolha: uma vez que, pelo aumento de temperatura, o catalisador pode sofrer avarias.

Fontes:
http://www.scribd.com/doc/3965654/QUIMICA-Termoquimica (acesso em 28/03/2010)
http://www.webvestibular.com.br/revisoes/quimica/conceitos_de_entalpia.htm (acesso em 28/03/2010)