Calorímetro isotérmico

Trabalho Laboratorial 1 – Calorímetro Isotérmico

Objectivo: Determinação da entalpia de uma reacção química e da capacidade calorífica de um sólido.

Introdução

O calorímetro isotérmico usado neste trabalho é o calorímetro de gelo (Figura 1).

É um aparelho muito simples, que pode ser usado na determinação de diferentes efeitos térmicos: entalpias de mistura, de neutralização, ou ainda na determinação de capacidades caloríficas. Consiste fundamentalmente num copo de vidro (A), com uma rolha de borracha (B) atravessada por um tubo de ensaio (C) que constitui o vaso reaccional, por um tubo de vidro capilar (D) e por um tubo (E) ligado a uma válvula (F). Este conjunto é colocado dentro de um vaso (G). Durante a operação o copo (A) encontra-se cheio de uma mistura de gelo e água. De forma a minimizar as trocas de calor com o exterior, este copo é colocado no vaso (G), cheio de gelo.

Figura 1. Calorímetro de gelo

O nível da água no tubo capilar (D) pode ser alterado por acção de uma pressão exercida sobre o líquido contido no tubo(E); para isso abre-se a válvula (F) e aplica-se uma ligeira pressão com o auxílio de uma pêra de borracha.

O princípio em que se baseia este calorímetro é simples. Como a densidade do gelo é menor do que a da água e o calor libertado em qualquer processo isotérmico (que tenha lugar no vaso reaccional (C)) faz fundir o gelo no copo (A), observa-se uma aceleração da descida de água no tubo capilar até que atinja um novo estado estacionário (i.e., até que a velocidade de abaixamento do nível da água no capilar seja semelhante à inicial).

A variação no nível de água no capilar pode ler-se numa escala fixa ao tubo (H).

Conhecido o diâmetro deste tubo e a entalpia de fusão do gelo, pode calcular-se a quantidade de calor libertada no processo.

Antes de iniciar qualquer experiência, deve proceder-se à calibração do calorímetro. Este procedimento tem por finalidade determinar a constante do calorímetro (K). Esta constante pode ser definida como a quantidade de calor que é cedida ou absorvida pelo calorímetro e pelo meio ambiente, por grau de variação de temperatura, durante as determinações calorimétricas.

Parte experimental

Material utilizado:

Calorímetro de gelo

1 vaso

Pêra de borracha

Conta-gotas

Pipeta ou bureta

Reagentes:

Gelo + Água

Indicador

NaOH (1 M)

HCl (1 M)

Limalha de cobre

a) Calibração do calorímetro

Enche-se o copo (A) com uma mistura de gelo e água e coloca-se a rolha de borracha, mantendo a válvula aberta, de modo a não deixar nenhuma bolha de ar no interior do copo. Põe-se o copo no vaso, com o gelo, e deixa-se que o conjunto atinja o equilíbrio térmico. Ajusta-se o nível de água ao topo do capilar, com o auxílio da pêra de borracha. Regista-se, em seguida, de minuto a minuto, a altura do nível da água no capilar. Quando se obtiver uma variação constante e aproximadamente igual a 4mm/min, acrescentam-se 10 ml de água destilada à temperatura ambiente ao vaso reaccional, não deixando de anotar a variação de altura do nível da água no capilar até que a velocidade de decréscimo de altura seja aproximadamente igual à inicial. Regista-se também a temperatura ambiente.

b) Determinação da entalpia da reacção de neutralização do hidróxido de sódio com ácido clorídrico

Colocam-se no vaso reaccional 3 ml de solução de NaOH e algumas gotas de indicador. Deixa-se que o conjunto atinja o equilíbrio térmico. Procede-se como anteriormente, registando a altura do nível da água no tubo capilar, de minuto a minuto. Deitam-se então sobre a solução de NaOH cerca de 5 ml de HCl, que deve estar à temperatura de 0 ºC. Anotam-se as variações do nível da água durante mais algum tempo até se obter uma variação sensivelmente linear.

c) Determinação da capacidade