Experimento 5

OBJETIVOS

O experimento 5 teve como objetivo a determinação da capacidade calorífica de um calorímetro fornecido e a entalpia de solução do KNO3 preparado no experimento

RESUMO

O experimento 5 ocorreu de forma rápida e os objetivos foram alcançados corretamente. Tendo como finalidade determinar a capacidade calorífica de um calorímetro e a entalpia de dissociação do nitrato de potássio, os cálculos foram realizados a partir de conhecimentos de entalpia, calorimetria e estequiometria.

 

INTRODUÇÃO

O experimento 5 tem como base conceitos de calorimetria e entalpia, ambos estudados em termodinâmica, que “é o estudo das transformações de energia de uma forma para outra”[1], baseada em três leis fundamentais:

1º Lei - PRINCÍPIO DE CONSERVAÇÃO DE MASSA E ENERGIA: Na transformação de Calor em Trabalho e vice-versa, as quantidades inicial e final de Calor e Trabalho são equivalentes, e a soma total do potencial energético de um sistema fechado é a mesma antes e depois de uma transformação.

Sistema Fechado é um que não sofre interferência externa, não perdendo nem ganhando energia para o exterior.

2° Lei - PRINCÍPIO DE DEGRADAÇÃO DE ENERGIA: Vulgarmente chamado de Lei de Entropia, afirma que embora seja possível transformar totalmente qualquer tipo de energia em calor, não é possível transformar calor Totalmente em qualquer outra forma de energia, pois parte dela volta a ser calor.

Todas as formas de energia tendem a se converter em calor, que é um estado de vibração molecular da matéria, e também é a forma mais degradada de energia. Esse estado de movimento das partículas é totalmente desordenado, sendo chamado de entropia.

Sendo assim num sistema fechado, a tendência geral da desordem molecular, Entropia, não pode diminuir. Embora tal possa ocorrer em partes do sistema. Ou seja, num sistema fechado, a entropia que caracteriza o calor não pode diminuir, e sim manter-se constante ou aumentar devido a outras formas de energia se transformarem em calor.

3° Lei - Terceiro Princípio, do "REPOUSO ABSOLUTO": Propõe que na temperatura de zero absoluto, 0o Kelvin, que equivale a cerca de -273,15oC, o estado de agitação molecular, a Entropia, tende a Zero. Esse princípio é útil para estabelecer fórmulas que permitam cálculos termodinâmicos, definindo um parâmetro que permite a medição da Entropia de um sistema.

Lembrando que não se verifica essa temperatura na natureza e jamais se conseguiu atingi-la em laboratório.

Para compreender essa experiência é importante o conhecimento das seguintes definições:

Temperatura: é uma grandeza física que mede o estado de agitação das partículas

Calor: “é a transferência de energia que ocorre em consequência de uma diferença de temperatura. Quando energia é transferida na forma de calor e nenhum outro processo ocorre, ∆U=q. Quando a energia entra em um sistema na forma de calor, q é positivo; e quando energia sai de um sistema na forma de calor, q é negativo.” [1]

Capacidade calorífica(C): é uma grandeza física que define a variação de sua temperatura ao receber certa quantidade de calor (Q). Quanto mais elevada for a capacidade térmica de um corpo, maior será a quantidade de calor que ele necessita para que sua temperatura varie de uma unidade. A capacidade térmica (C) de um corpo é matematicamente representada pela expressão: C= Q/∆T ; Sendo Q, a quantidade de calor que ele recebe ou cede e ∆T, a variação de temperatura.

Calor específico: é a quantidade de calor necessário para que 1g de uma substância sofra variação de 1°C. Que da definição c = C/m, origina-se a expressão, muito comum em Física: Q = m.c.∆T, sendo Q a quantidade de calor absorvido ou cedida pelo corpo, m a massa do corpo, c é o calor específico do material constituinte do corpo e ∆T é a variação de temperatura sofrida pelo corpo.[2]

Sistema isolado: Um sistema termodinâmico é isolado quando não existe qualquer interação entre o sistema termodinâmico e a sua vizinhança. (ou seja, através das fronteiras não ocorre fluxo de calor, massa, trabalho etc.) Um exemplo de sistema isolado é o café quente dentro de uma garrafa térmica.

O calorímetro é um dispositivo usado a fim de estudar as trocas de calor entre dois ou mais corpos, principalmente quando um deles está no estado líquido, é conveniente ter um recipiente adequado, que permita obter, de forma direta ou indireta, o valor das quantidades de calor trocadas entre os corpos. Sendo assim, geralmente podemos dizer que todo recipiente isolado termicamente do ambiente externo é um calorímetro, no qual a transferência de energia na forma de calor é medida e, no qual o calor transferido é monitorado pela variação de temperatura que ele provoca, usando-se q=Ccal. ∆T ; em que Ccal é a capacidade calorífica do calorímetro.

No experimento realizado, não se pode dizer que o calorímetro construído é ideal, pois ao realizar os cálculos, percebe-se que houve troca de energia com o meio externo, ou seja, não houve conservação de temperatura da solução.

A entalpia é uma propriedade de estado, ou seja, é específica do corpo, mas não é uma grandeza que conseguimos medir. Podemos apenas determinar sua variação, quando este corpo passa por uma mudança em seu estado termodinâmico, ganhando ou perdendo energia. Geralmente, essa mudança de estado envolve a transferência de energia térmica. A esta energia térmica em trânsito, dá-se o nome de calor.

Teremos ΔH =q se não houver variação de pressão, ou seja, em um processo isobárico, a variação de entalpia é igual ao calor fornecido ao sistema.

O valor absoluto da entalpia não pode ser determinado, pois não há, até hoje, maneiras de se medir experimentalmente a energia interna de um corpo. Logo, a entalpia apresenta somente valores relativos, ou seja, somente ΔH é mensurável.

A entalpia também é usada pra descobrir se o processo é endotérmico, ΔH>0, ou um processo exotérmico, ΔH<0.

No experimento apresentado a seguir, os objetivos foram, realmente, aplicar a teoria na prática de laboratório, com a construção de um calorímetro a pressão constante, determinação da capacidade calorífica do calorímetro construído e a determinação da entalpia