A Calorimetria

É conhecido como reação química todo processo de conversão de uma ou mais substâncias, pelo rearranjo de seus átomos, em novas substâncias. Nesse procedimento há quebra e formação de ligações químicas e, portanto, envolve absorção e liberação de calor. Aquelas cuja liberação supera o valor da absorção de calor são denominadas exotérmicas, enquanto o processo inverso, ou seja, mais calor é absorvido do que liberado para o meio, caracteriza a reação como endotérmica. Em ambos os casos essa quantidade de energia expressa a variação da energia da mistura que reage.

Para analisar o calor envolvido em uma reação é preciso fixar três conceitos basicos:

• Sistema: designa a região em que os fenômenos de transformação são estudados.

• Vizinhança: área onde se fazem observações sobre a energia transferida  ou retirada do sistema.
• Universo: é o conjunto sistema + vizinhança observado.

A energia transferida de/para um sistema na forma de calor sem que nenhum outro processo ocorra é representada como “q” e ela corresponde à variação da energia interna desse sistema. Para quantificar o calor que é produzido ou absorvido é necessário distinguir a fronteira que separa esse sistema da vizinhança, podendo ser imaginária ou uma parede. Quando o sistema é isolado, não há troca de matéria nem de energia com a vizinhança e as substâncias entram em equilíbrio entre si. Já quando a parede é diatérmica, a matéria permanece contida no sistema, porém há troca de energia com a vizinhança até que o universo esteja em equilíbrio. Sendo assim, conhecida a variação de temperatura, é possível determinar a energia envolvida na reação através de um dispositivo conhecido como calorímetro.

O calorímetro é um recipiente isolado termicamente do meio externo e deve ser calibrado fornecendo-se uma quantidade de calor conhecida e observando a variação da temperatura para que seja obtida a capacidade calorífica do sistema. A capacidade calorífica (C) é a razão entre a quantidade de calor (q) e a variação de temperatura (ΔT) que ocorre no procedimento. Tendo determinado a capacidade do calorímetro, a quantidade de calor ocorrida em uma reação dentro dele poderá ser determinada pela relação: q = Ccal.ΔT.

Por se tratar de um sistema isolado, tem-se que . Dessa forma, é possivel misturar substâncias e através de seu equilíbrio determinar a massa ou o calor especifico de uma delas.[pic 1]

        O experimento a seguir busca, através da lei zero e da primeira lei da termodiâmica, determinar a capacidade calorifica do calorimetro, o calor latente do gelo e o calor especifico do cobre e do aluminio.

1. PARTE EXPERIMENTAL

2.1 Materiais

Na execução do experimento foram utilizados:

• Gelo;
• Água
• Cilindro de cobre;
• Cilindro de alumínio;
• Termômetro;
• Chapa de aquecimento;
• Bequer de 500ml;

1. Métodos

O procedimento experimental foi realizado em três partes.

        2.2.1 Calibragem do calorímetro

Foram adicionados ao calorímetro 100ml de água em temperatura ambiente, então esperou-se que o sistema entrasse em equilibro e aferiu sua temperatura. Em seguida a mesma quantidade de água foi fervida com auxilio da chapa e o líquido foi vertido no calorímetro com a água natural. Aguardou-se alguns minutos até que o sistema entrasse em equilíbrio novamente, e mediu sua temperatura final.

2.2.2 Determinação do calor latente do gelo

        Os materiais usados no procedimento anterior foram termalizados com água em temperatura ambiente. Em seguida, repetiu-se a adição de água ao calorímetro e esperou que atingissem o equilíbrio. Então pesou-se uma massa de gelo e foi adicionado ao sistema. O gelo foi parcialmente derretido, de maneira que um novo equilíbrio foi atingido, e pesou-se o quanto havia restado de sua massa sem derreter.

2.2.3 Determinação do calor específico do cobre e do alumínio.

        Adicionou-se água ao calorímetro, aguardando o equilíbrio para aferir a temperatura. Em seguida, o corpo metálico foi fervido em água, sua temperatura foi medida e o corpo foi transferido ao calorímetro com água que estavam em equilibrio. Aguardou-se que um novo equilíbrio fosse atingido, e sua temperatura foi medida. Esse procedimento foi realizado com o cobre e depois repetido com o corpo de alumínio.

.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1 Calibragem do calorímetro

Foram adicionados 100ml de água ao calorímetro, e a temperatura de equilíbrio do sistema obtida foi de 26ºC. Em seguida, foram adicionados ao sistema 100ml de água aquecida até 100ºC, isso perturbou o sistema e o novo equilíbrio foi estabelecido a 62ºC. Como , temos que:[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

Como a densidade da água é 1g/ml tem-se que em 100ml a massa de água é de 100g. Além disso, na literatura encontra-se que o calor especifico da água é de 1cal/g.ºC. Assim:

[pic 5]

[pic 6]