A Análise Calorimétrica

Análise Calorimétrica

 Ariane Nascimento dos Santos: [e-mail]

Profº: Ricardo Oliveira. Data de entrega: 09/09/2016

1. Introdução

    Em termodinâmica, a energia interna de um sistema pode ser alterada pela troca de energia com a vizinhança na forma de calor. A partir disto, calor, se define como sendo a energia transferida em consequência de uma diferença de temperatura. Quando o sistema libera calor para vizinhança chamamos esse processo de exotérmico. E endotérmico quando o sistema absorve calor da vizinhança [1].

    Quando ocorre somente a troca de energia em forma de calor, dizemos que a variação energia interna (∆U) do sistema é igual a quantidade de energia transferida (q) dada pela equação (1). Quando a energia entra o q é positivo e quando a energia saí o q é negativo:

                                   [pic 1]                                    (1)

Em um sistema onde a energia pode ser transferida somente na forma de trabalho (w) e não na forma de calor, dizemos que a variação de energia (∆U) interna é igual ao trabalho exercido dado pela equação (2):

                                   
                                        [pic 2]                                   (2)

                                   

    Porém, em muitos processos a energia interna de um sistema muda em consequência do trabalho e do calor, por isso, de acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, consideramos a variação energia interna (∆U) como sendo a soma da quantidade de energia transferida (q) e o trabalho exercido (w), como na equação (3):

                                   [pic 3]                              (3)

No caso em que a variação de energia interna é igual a quantidade de calor temos o volume como sendo constante [1]. Entretanto muitas reações químicas ocorrem a pressão constante, então, tem-se a equação (4)  que define a variação de entalpia:

                                       [pic 4]                              (4)

     Os calorímetros são aparelhos que medem as variações de energia, o que é diretamente relacionado com a temperatura. Para converter uma mudança de temperatura em energia, precisa-se da capacidade calorífica (C) que a razão entre o calor fornecido e o aumento de temperatura que ele provoca [3], dado pela equação (5).

 

                                     [pic 5]                                         (5)

1. Procedimento experimental

1. Materiais e equipamentos

• Béquer de 1000 mL
• Béquer de 250 mL
• Béquer de 50 mL
• Tampa de isopor
• Termômetro
• Cronômetro
• Toalhas de papel
• 100 mL de NaOH
• 100 mL de NH4OH
• 200 mL de HCl
• 8,5 g de NH4Cl

1. Primeira parte: Construção do calorímetro

    Nesta primeira parte, pesou-se o béquer de 250 mL usado como câmara reacional do colorímetro. Evolveu-se o béquer, pelos lados e por baixo, com toalhas de papel amassadas de maneira que formassem bolsas de ar preso e o imobilizou no interior de outro béquer de 1000 mL. Colocou-se a tampa de isopor no béquer de 250 mL, com um furo no centro para posteriormente colocar o termômetro.  

1. Segunda parte: Determinação do calor de reação de neutralização – NaOH  + HCl

Após a construção do calorímetro, mediu-se 100 mL de solução (2,0 M) de NaOH e a transferiu para o béquer de 250 mL do calorímetro e verificou-se sua temperatura. Depois, mediu-se 100 mL de solução  (2,0 M)  de HCl e transferiu-se para um segundo béquer de 250 mL e verificou-se a temperatura. Neste caso as temperaturas das duas soluções não diferiram em mais de 1ºC então, foi possível prosseguir com o experimento. Transferiu-se os 100 mL da solução de HCl para o béquer que contém a solução de NaOH, tampou-se com o isopor e introduziu-se o termômetro, agitou-se a mistura e registrou-se os valores de temperatura a cada 15 segundos durante 3 minutos.

1. Terceira parte: Determinação do calor de reação de neutralização – NH4OH  + HCl

    Aqui, repetiu-se o procedimento anterior usando, desta vez, 100 mL de solução de NH4OH no lugar da solução de NaOH.

1. Quarta parte: Determinação do calor de dissolução do NH4Cl

    Nesta quarta e última parte, transferiu-se 150 mL de água destilada para o béquer de 250 mL da câmara calorimétrica e verificou-se sua temperatura. Depois, mediu-se 8,5 g de cloreto de amônio e transferiu-se sua massa para a câmara calorimétrica, agitando-a levemente. Registraram-se os valores da temperatura a cada 15 segundos durante 3 minutos.

1. Resultados e discussões

Primeira parte:

    Como num sistema o calor liberado ou absorvido depende da quantidade de matéria utilizada, foi necessário pesar a massa do béquer.

[pic 6]

    Com a massa do béquer já determinada e com o calor específico do material que compõe o béquer, o pyrex (0,753 J g-1 K-1), podemos calcular a capacidade calorífica do sistema (água + calorímetro) que é dada pela soma das capacidades caloríficas do béquer e da solução dada pela expressão (1).

    Primeiro, vamos considerar o calor específico da solução como o mesmo da água que é de 4,18 J g-1K-1 e massa da solução foi de 200 g (100 mL de NaOH + 100 mL de NH4OH).

[pic 7]   (1)

[pic 8]

     A outra solução é composta de 150 mL de água destilada mais 8,5400 g de cloreto de amônio pesado, o que dá um total de massa de 158,54 g que usaremos para calcular a capacidade calorífica nesta reação.

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