O CALOR DE REAÇÃO

Introdução

Partindo-se da primeira lei da termodinâmica: U = q+w, onde U é a energia do sistema, q é a quantidade de calor envolvida e w o trabalho, temos que a energia do sistema pode ser aumentada adicionando calor ao sistema (q>0) quanto realizando trabalho sobre ele (w>0). Assim como que para diminuir a energia pode-se retirar o calor (q<0) quanto realizar trabalho sobre a vizinhança (w<0). Estas variações de energia podem ser mensuradas, ao passo que a energia absoluta não pode ser medida.[1] Segundo também a primeira lei da termodinâmica a quantidade de calor liberada ou absorvida no meio, pelo sistema, depende, mais especificamente, da variação de trabalho que ele sofre.

À pressão constante, o calor absorvido ou liberado durante um processo, é denominado variação de entalpia (H), ou seja q=H, sendo H = U-w. Sob a pressão atmosférica, o trabalho realizado, muitas das vezes, é considerado insignificante, por possuir valores muito pequenos, podendo-se declarar H U.[2]

A capacidade de calorífica (C) de um sistema é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um sistema em 1ºC.[3] Para que seja possível calcular a quantidade de calor em trânsito numa reação é indispensável conhecê-la. Esta grandeza é expressa por unidade do SI em joules por grau Celsius por mol (J.ºC-1.mol-1) e permite conectar a variação de calor com o aumento da temperatura (T) do sistema. Deste modo, temos: q = nCT, onde n é o número de mols. Também podemos expressar está relação utilizando a massa ao invés do número de mols, obtendo: q = mCT, onde m é a massa total envolvida na reação.

Uma reação química possui uma variação de entalpia, ou seja, uma variação no calor absorvido ou liberado sob condições de pressão constante, que pode ser chamada também de calor padrão de reação, quando todos os reagentes e produtos estão em seus estados padrões.[4] Estes processos podem ser possuir valores positivos para processos endotérmicos e negativos para processos exotérmicos.

Objetivos

Introduzir o conceito de entalpia de reação e a aplicação da Lei de Hess, a partir da medição da quantidade de calor liberada ou absorvida em três experimentos.

Procedimentos

Determinação do calor na reação nº1

Em um recipiente de 120,00 mL de poliestireno expandido e adicionando 50 mL de água destilada. Mediu-se a temperatura da água e anotou-se o resultado. Repousou-se o recipiente sobre uma balança e transferiu-se 18,8g de NaOH perolado. Homogeinizou-se a solução com auxílio de um bastão de vidro, para que fosse possível uma solubilização completa da substância adicionada. Mediu-se a temperatura da solução e anotou-se.

Determinação do calor na reação nº2

Em um recipiente de 120 mL de poliestireno expandido foi adicionado 50,00 mL de HCl 2,00 mol/L. Em seguida, a temperatura foi medida e seu resultado anotado. Por fim, em uma balança, foram adicionados entre 1,8 e 2,2g de NaOH perolado. Com o auxílio de um bastão a solução foi homogeneizada. Ao fim da homogenização, mais um o vez a temperatura foi a medida e seu valor anotado.

Determinação do calor na reação nº3

Em um recipiente de 120 mL de poliestireno expandido adicionou-se 40,00 mL de HCl 2,00 mol/L. Em outro adicionou-se 40,00 mL de NaOH 2,0 mol/L. Mediu-se a temperatura das duas soluções, observando para que as duas soluções possuíssem a mesma temperatura.

Adicionou-se, com agitação, a solução de NaOH à de HCl e anotou-se a temperatura máxima obtida.

À cada dupla presente no laboratório foi designado um experimento. A dupla realizou o experimento nº1. Após a realização dos mesmo, foram feitos alguns cálculos para a determinação do valor de entalpia da solução. Compartilhou-se com a turma a fim de montar uma tabela colaborativa de resultados da prática.

Resultados e Discussão

A partir dos valores de temperatura obtidos antes e após adicionar NaOH, foram realizados cálculos para a obtenção do valor de H1:

Tágua = 26,3ºC

Tsolução= 34,0ºC

T= 34 - 26,3 = 7,7ºC

q=mcT

Como m precisa ser o valor total da massa utilizada:

m = 1,88g + 50g (água) = 51,88g

q = 0,05188 kg.4,18.103 J.kg-1.ºC-1.7,7 ºC

q = - 1,669.104 J = - 16,69 kJ

H= qn

n NaOh = massa de NaOH (g)massa molar de NaOH (g/mol)= 1,8840=0,047 mols

H = - 16,69 kJ0,047 mol= -35,53 kJ/mol

H1 (kJ/mol)

H2 (kJ/mol)

H3 (kJ/mol)

-37,68

-105,01

-58,52

-35,53

-111,61

-52,67

-41,20

-98,30

-52,67

-28,30

-80,00

-

Tabela 1 - Tabela com resultados referentes à prática de Calor da Reação obtidos pelos grupos que realizaram o experimento. Para o H3 só foram obtidos três valores, pois houve