Exp. análise calorimétrica

1.Introdução

         A energia interna de um sistema modica-se como resultado nas transferências de trabalho e calor, segundo a Primeira Lei da Termodinâmica, de modo que pode ser representada pela expressão ΔU = q + w, e está intimamente relacionada com conservação de energia. Em química as transformações normalmente ocorrem a pressão constante, pois muitas reações químicas ocorrem em recipientes abertos à atmosfera, para isso utiliza-se a variação de entalpia dada pela equação ΔH = ΔU + PΔV,  e como o sistema é aberto à atmosfera a pressão é a mesma que a externa Pext = P,  então a pressão constante a variação de entalpia é igual a quantidade de calor liberado ou absorvido no processo  ΔH = q.

        Muitas reações químicas liberam calor para o meio, quase todo o aquecimento, transporte e produção de eletricidade depende de reações que liberam calor e esse processo é chamado de processo exotérmico, o menos comum são as reações químicas que absorvem calor das vizinhanças e que é chamado de processo endotérmico.  As transferências de energia como o calor são medidas com um calorímetro, onde as transferências de energia são monitoradas observando-se mudanças na temperatura. O aumento de temperatura é proporcional à energia transferida e a constante de proporcionalidade é chamada de capacidade calorífica do calorímetro que pode ser representada pela expressão qcal = CcalΔT.

        Neste experimento foi construído um calorímetro alternativo para investigar a variação da entalpia de diferentes processos como a reação de neutralização em meio aquoso do hidróxido de sódio e ácido clorídrico, assim como a do hidróxido de amônio e ácido clorídrico.

Considerações que foram levadas em consideração:

1. O sistema não trocar calor com o ambiente
2. Os calores caloríficos das soluções no calorímetro e suas densidades, são iguais ao da água, sendo 4,18J.g-1K-1 e 1,00g.mL-1, respectivamente.
3. O calor específico do material (Pirex) que constitui os béqueres foi igual 0,753 J.g.K-1.
4. A capacidade calorífica do sistema foi obtida a partir da seguinte expressão,

CST = [Msolução.Cágua + Mbéquer.CPirex].

2.Procedimento experimental

2.1 Materiais e Equipamentos

1. Um béquer de 1000mL
2. Cinco béqueres de 250mL
3. Uma tampa de isopor
4. Um termômetro de 0-100°C
5. Um cronômetro
6. Três provetas de 100mL
7. 100mL de solução de NaOH 2,0M
8. 100mL de solução de NH4OH 2,0M
9. 200mL de solução de HCl 2,0M
10.  8,5g de NH4Cl p.a.
11.  Toalhas de papel

2.2 (1ª Parte) - Construção do calorímetro

1. Um béquer de 250mL limpo e seco, foi pesado obtendo-se um valor de 109,6571g;
2. Este béquer foi posto dentro de outro de 1000mL e envolvido pelos lados e por baixo com toalhas de papel amassada, de maneira a formar bolsas de ar ao redor do béquer;
3. Uma tampa de isopor com um orifício central para o termômetro foi colocada sobre o béquer de 250mL.

[pic 1]

Figura 01: Ilustração do calorímetro

2.3 (2ª Parte) - Determinação do calor de reação de neutralização: NaOH + HCl

1. Foi medido em uma proveta 100mL de solução de 2,0M de hidróxido de sódio que foi colocada no calorímetro, e verificada a temperatura da solução obtida.
2. Foi medido em uma proveta 100mL de solução de 2,0M de ácido sulfúrico, sendo transferida para um segundo béquer e medida a temperatura, posteriormente esta solução foi transferida para o béquer da solução básica e agitada levemente e foi medida a temperatura durante 3min em intervalos d e15s.  

 2.4 (3ª Parte) - Determinação do calor de reação de neutralização: NH4OH + HCl

1. Foi medido em uma proveta 100mL de solução de 2,0M de hidróxido de amônio que foi colocada no calorímetro, e verificada temperatura da solução.
2. Foi medido em uma proveta 100mL de solução de 2,0M de ácido sulfúrico, sendo transferida para um segundo béquer e medida a temperatura, posteriormente esta solução foi transferida para o béquer da solução básica e agitada levemente e foi medida a temperatura durante 3min em intervalos d e15s.

2.5 (4ª Parte) - Determinação do calor de dissolução do NH4Cl

1. No béquer de 250mL que funcionou como câmara calorimétrica foi transferida 150mL de água destilada, e observada a temperatura.
2. Aproximadamente 8,5g de cloreto de amônio pulverizado foi pesado e transferido para a câmara calorimétrica, e observada a temperatura durante 3min em intervalos d e15s.  

3.Resultados

3.1 Referentes a 2ª Parte do Experimento - Determinação do calor de reação de neutralização: NaOH + HCl.

                             NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

As temperaturas obtidas separadamente para a solução de 100mL de NaOH foi de 29ºC e para a solução de HCl de 28ºC, fazendo a média aritmética entre as temperaturas do NaOH e do HCl obtemos um valor de 28,5ºC que é a temperatura inicial para a reação de neutralização, após estas soluções serem misturadas a temperatura da solução atingiu um valor de 40°C, onde este valor não foi alterado no intervalo de três minutos.