Termodinâmica

1 INTRODUÇÃO

A termodinâmica química estuda, entre outras coisas, as mudanças de energia que acompanham as reações químicas.

Termoquímica diz respeito às mudanças de energia manifestadas como “calor de transformação” (calor de formação, de combustão, de vaporização, de fusão, de dissolução, de neutralização, de reação etc.). As medidas são geralmente efetuadas a pressão constante (pressão da atmosférica), e a energia assim medida é chamada de entalpia da transformação e representa-se como ∆H. Uma reação na qual o calor é perdido pelos reagentes para o meio ambiente (a temperatura da mistura de reação aumenta quando reage) é dita exotérmica, onde ∆H é negativo; aquela em que o calor é absorvido (a temperatura da mistura de reação diminui quando reage) é chamada de endotérmica e o ∆H é positivo. O trabalho executado contra uma força externa, como pressão atmosférica, também deve ser considerado.

A capacidade térmica do calorímetro é determinada através da mistura no calorímetro da água fria (à temperatura tf) com água quente (à temperatura tq), e medindo sua temperatura resultante (tr), assim temos a equação 1 que é a quantidade de calor perdido da água quente:

Qperdido = mc∆t = g×1,00 cal/(g׺C)×(tq - tr) (1)

E para determinar a quantidade ganha pela água fria utiliza-se a equação 2 abaixo:

Qganho = mc∆t = g×1,00 cal/(g׺C)×(tr – tf) (2)

Os dois calores não serão iguais, pois uma parte do calor perdido pela água quente foi usada para aquecer o calorímetro à temperatura tr. Assim teremos a equação 3:

Qperdido - Qganho = C∆t = C(tr – tf) (3)

Ao saber do Qperdido, Qganho, tr e tf , pode-se calcular a capacidade térmica C do calorímetro (em cal/ºC).

Para medir os valores de ∆H na reação de neutralização de um ácido e uma base, é a diferença ǀt2 – t1ǀ = ǀ∆tǀ, e deve ser considerada, nos cálculos apenas em módulo (em valor absoluto, sem considerar o sinal). A equação 4 mostra como calcula-se o calor gerado na reação, assim temos:

∆H = ǀ∆Qǀ = mcǀ∆tǀ + Cǀ∆tǀ (4)

Neste ponto, ∆H é o calor gerado por mol de produto ou de reagente, conforme a reação, lembrando que mcǀ∆tǀ = solução e Cǀ∆tǀ = calorímetro. (CONSTANTINO, 2004).

O primeiro princípio da termodinâmica não impõe nenhuma restrição da conversão da energia de uma forma para outra, ele simplesmente requer que a quantidade total de energia seja a mesma antes e depois da conversão.

É sempre possível converter qualquer tipo de energia numa quantidade equivalente de energia térmica. Todos os tipos de energia podem ser completamente transformados em energia térmica manifestada por um aumento na temperatura de algum corpo, usualmente água. A quantidade de energia envolvida pode ser medida anotando-se o aumento de temperatura de uma massa conhecida de água. (CASTELLAN, 2003).

As transformações de energia como calor são medidas com um calorímetro, um dispositivo no qual transferências de energia como calor são monitoradas observando-se mudanças na temperatura. Em calorimetria, as vizinhanças são consideradas como parte do conjunto calorímetro – o recipiente, seu conteúdo.

Se a reação é exotérmica, a energia transferida como calor ao calorímetro resulta em um aumento de temperatura, ∆T. O, aumento de temperatura é proporcional á energia transferida, e a constante de proporcionalidade é chamada de capacidade calorífica do calorímetro, Ccal .

A capacidade calorífica nos diz quanto calor é absorvido por grau Celsius de aumento da temperatura. Sua importância em calorimetria é que permite-nos determinar a quantidade de energia transferida a partir da variação de temperatura, que é facilmente mensurável. A capacidade calorífica de um calorímetro é uma quantidade empírica e é a medida em um experimento diferente.( ATKINS, 2001).

2 OBJETIVOS

Entender os conceitos relacionados a Termodinâmica; determinar a capacidade térmica do calorímetro (calibração); medir o calor da neutralização da solução; e analisar as diferenças de temperatura.

3 PARTE EXPERIMENTAL

Materiais e Reagentes Utilizados:

Béquer de 100 mL

Termômetro

Provetas de 100 mL

NaOH

Chapa aquecedora

HCl

Envoltório de isopor

Frasco de vidro

Procedimento Experimental:

1º Experimento

Primeiramente foi necessário determinar a capacidade do calorímetro, ou seja, a calibração do termômetro para efetuar as medidas. Estas medidas foram realizadas através das transformações em um calorímetro, que foi simplesmente adicionar 50 mL de água destilada fria em um frasco de vidro, e mais 50 mL de água destilada quente a 50 ºC( que foi aquecida em um béquer de 100 mL na chapa aquecedora), onde o frasco estava dotado de isolamento térmico (envoltório de isopor) para assegurar que nenhum calor entra ou sai do recipiente. E mediu-se a temperatura com o termômetro da água destilada fria e quente, e depois das duas misturadas. Por isso, para determinar o calor gerado, precisa-se determinar antes a capacidade térmica do calorímetro, que é a medida de quanto calor o calorímetro cosome para que sua temperatura se eleve de 1ºC.

As medidas das temperaturas água destilada está descrita na tabela 1 abaixo:

Tabela 1: medidas de temperaturas da água.

Temperatura de 50 mL de água fria 28ºC

Temperatura de 50 mL de água quente 50 ºC

Temperatura depois da mistura 38