Relatório Calorimetria

Universidade Federal de São Paulo

Instituto de Ciência e Tecnologia

Bacharelado em Ciência e Tecnologia - BCT

Experimento 9 - Calorimetria

Isabella Gomes da Cunha 112212

Maria Luíza Rodrigues da Silva 120527

Professora: Dr° Dayane Batista Tada

São José dos Campos - SP

Novembro - 2018

1. Introdução

Calorimetria é a área da Física que estuda as trocas de energia térmica, em forma de calor, entre os corpos e entre o ambiente que os cercam. Por meio da calorimetria podemos saber em qual temperatura os corpos atingem o equilíbrio térmico, estudar a quantidade de energia transferida nesse processo, assim como mensurar a quantidade de energia necessária para que variações de temperatura ou de estado físico ocorram. [1]

A grandeza utilizada para este tranferência de calor, chamada de quantidade de calor sensível (Q), tem como unidade de grandeza o Joule (J). Quando o processo absorve calor da sua vizinhança este é chamado de endotérmico, sendo o valor do calor sensível (Q) positivo, e quando o sistema perde calor para a vizinhança o processo é chamado que exotérmico, com o valor de Q sendo negativo. Podemos calcular o calor sensível a partir da seguinte equação:

onde temos Q como a quantidade de calor sensível em Joule ou Calorias, m a massa do corpo em gramas, c o calor específico do corpo (J/g.ºC ou cal/g.ºC) e ΔT a variação da temperatura.

Uma grande parte das reações químicas envolvem uma variação da energia (ΔU) através da absorção ou liberação de calor. Porém, essa variação de energia também pode ser influenciada por um trabalho (W) exercido sob o sistema. Com isso, através da Primeira Lei da Termodinâmica, temos a relação entre trabalho e energia dada por:

Entretanto, como no experimento estudado não é realizado nenhum trabalho sob o sistema, e considerando que este mantém volume e pressão constantes, temos que o calor absorvido (Q) corresponde à variação de energia do sistema (ΔU) que, por sua vez, é relacionada ao conceito da variação da entalpia (ΔH).

A Entalpia é a quantidade de energia que se encontra nas substâncias e que pode ser alterada mediante reações químicas. Porém, não é possível calcular a energia contida em uma substância, mas sim a variação da entalpia mediante as suas reações, a qual chamamos de ΔH. No experimento em questão, como a variação da entalpia está relacionada à quantidade de calor do sistema, temos que ΔH possuirá valor negativo caso ocorra liberação de calor na reação () e valor positivo caso ocorra absorção de calor. [3]

É possível calcular a variação da entalpia de uma reação de forma experimental, medindo a quantidade de calor liberado utilizando uma bomba calorimétrica, também conhecida como calorímetro. O primeiro calorímetro que se tem registro foi inventado pelos cientistas Lavoisier e Laplace e, em geral, este aparato se constitui como um aparelho isolado termicamente do meio ambiente utilizado para medir o calor liberado ou absorvido por reações ocorridas à volume constante.

Os calorímetros podem ainda serem utilizados para a determinação do calor específico de uma substância, que se constitui na quantidade de calor necessária para que cada grama dessa substância sofra uma variação de temperatura correspondente a 1º Celsius. Como o calor específico está relacionado não apenas ao corpo, mas sim a uma porção de massa unitária deste e ao calor que interage nesta, temos essa relação expressa na seguinte expressão:

onde c é o calor específico do corpo, C a capacidade térmica do corpo e m a sua massa.

A partir dos conceitos então citados, o experimento se constitui na elaboração de um tipo simples e caseiro de calorímetro, o qual será utilizado para calcular, experimentalmente, os valores do calor de combustão e de solidificação de uma vela. O calor de combustão se constitui no calor absorvido na combustão total de 1 mol de determinada substância em condições normais de temperatura e pressão (23ºC e 1 atm). Já o calor de solidificação se caracteriza como a variação da entalpia na solidificação total de 1 mol da substância, em condição normal de pressão. [4]

Vale se atentar ainda ao conceito de massa específica de fluidos, visto que estes irão compor o sistema, na qual utilizaremos a relação:

onde ⲣ é a massa específica do fluido, m é a massa do corpo e V é o volume ocupado por ele.

2. Objetivos

Determinar o calor envolvido no processo de combustão e de solidificação da vela.

3. Materiais

* 1 Balança analítica

* 1 Placa de aquecimento

* 1 Lata de refrigerante de 350 mL

* 1 Vela

* 1 Lata de leite em pó

* Parafina

* 1 Garra

* 1 Termômetro

* 1 Mufa

* 1 Suporte universal

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