P>Ponhamos que tomo algum gás hidrogénio (H2) e o misturo com gás oxigénio (O2). O que acontece? Nada. Nada acontece, a menos que se acrescente um pouco de energia – de uma faísca, talvez. Acrescentar energia e BOOM: Obtém-se uma explosão, e o hidrogénio e o oxigénio (parte dele) fazem água (H2O). Claramente esta reacção liberta energia, mas de onde veio a energia?
p>Aqui está uma resposta surpreendentemente comum:
“A energia é armazenada nas ligações químicas. Quando se rompe as ligações, obtém-se energia”
Como observa Derek Muller (da Veritasium), esta ideia de energia armazenada nas ligações químicas é muito errada. Para compreender melhor a energia nas ligações químicas, consideremos um modelo simplificado.
Modelo de Ligação Atómica
Quando um átomo de hidrogénio interage com outro hidrogénio para formar hidrogénio molecular (H2), muitas coisas estão a acontecer. Ainda assim, uma das interacções fundamentais deve-se à força electrostática entre prótons e electrões. Sim, também há efeitos mecânicos quânticos – mas deixem-me ficar com um modelo simples. Neste modelo, tenho dois átomos de hidrogénio que experimentam algum tipo de força eléctrica que os atrai. Quando se aproximam realmente, há outra força que repele os dois átomos. Para manter as coisas calmas, acrescento uma força de arrastamento. Aqui está o que parece quando estes dois átomos interagem.
O que deve notar?
- Existe uma força atractiva entre os dois átomos.
- À medida que se aproximam, os dois átomos aumentam em energia cinética.
- Há algo que impede os dois átomos de se chocarem um contra o outro.
- Os átomos não continuam a oscilar porque perdem energia (isto seria como aquecer o seu ambiente).
- Os átomos de hidrogénio são amarelos (mas já se devia saber isso).
Se quiser pensar neste sistema em termos de energia, pode ser útil olhar para um esboço da energia potencial para estes dois átomos de hidrogénio. Seria mais ou menos assim (apenas um esboço).
Podemos imaginar que os átomos de hidrogénio são como uma bola a rolar sobre uma colina em forma de curva de potencial. Pode-se ver que aumentaria de velocidade à medida que descia a colina, depois abrandaria e voltaria para trás à medida que subia a “colina”. Mas aqui está o ponto importante: se a bola estivesse no fundo da curva, teria de se adicionar energia para a mover para cima da colina. Teria de adicionar energia para quebrar esta ligação química.
De onde vem a energia?
Vamos voltar ao exemplo do hidrogénio e do oxigénio. Se conseguir iniciar esta reacção, de facto recebe muita energia. Mas esta energia não provém da ligação hidrogénio-hidrogénio, nem da ligação oxigénio-oxigénio. A energia provém da formação das ligações hidrogénio-oxigénio na água. Talvez outro esboço de energia ajudasse. Suponhamos que represento a energia dos gases e da água com o seguinte:
Mover essa bola para a parte inferior da curva (a parte da água) requer um pouco de energia, mas recebe muito de volta. Mas ainda não há energia armazenada nas ligações da água. Em vez disso, obtém-se energia formando a ligação.
Outro Modelo Molecular
A confusão sobre energia nas ligações químicas é parte da razão pela qual Derek Muller está a trabalhar num novo modelo molecular – o Snatoms.
Provavelmente lembra-se desses modelos moleculares de bola e pau da faculdade ou do liceu. Os Snatoms são semelhantes, mas em vez de usarem paus, usam ímanes. Há duas vantagens das ligações magnéticas. Primeiro, as são mais rápidas de montar, uma vez que os átomos se encaixam. Segundo (e mais importante), os estudantes podem sentir que existe uma força a puxar os átomos juntos. Podem também sentir a força necessária para os puxar para fora. Isto ajudará a construir a ideia de que é necessária energia para quebrar as ligações.
Obviamente, os Snatoms continuam a ser apenas um modelo. Não representam tudo sobre as moléculas, mas pelo menos deveriam ajudar com a coisa da ligação energética.