Capacidade termica do Calorimetro - Apostilas - Engenharia quimica, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
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Roberto_8805 de Março de 2013

Capacidade termica do Calorimetro - Apostilas - Engenharia quimica, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia quimica sobre o estudo da capacidade térmica do calorímetro utilizando água como produto experimental.
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CURSO DE ENGENHARIA QUIMICA

CAPACIDADE TÉRMICA DO CALORÍMETRO

Relatório apresentado ao Curso de Engenharia Química dasolicitado na disciplina de Química Experimental ll.

AGOSTO/2011

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 4

2 OBJETIVO 5

3 REFERENCIAL TEÓRICO 6

3.1 Calorimetria 6

3.1.1 Calorímetro 6

3.2 Capacidade Calorífica 7

4 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS 8

4.1 Materiais 8

4.2 Equipamentos 8

5 PROCEDIMENTO 9

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6 LEVANTAMENTO DE DADOS 10

7 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS 11

7.1 Experimento 1 11

7.2 Experimento 2 11

7.3 Experimento 3 12

7.4 Discussão 12

8 CONCLUSÃO 13

9 REFERENCIAS 14

1 INTRODUÇÃO

Na natureza encontramos energia de diversas formas, uma delas é o calor, este reage com as moléculas de formas diferentes, quando recebem ou cedem determinadas quantidades de calor.

Este trabalho visa exemplificar um modo de se chegar a capacidade térmica de um determinado produto, no caso do experimento usou-se água da torneira. Utilizando um recipiente isolante térmico o calorímetro, além de outro equipamento como o termômetro, verificam-se as temperaturas em aquecimento e resfriamento, chegando a capacidade calorífica.

2 OBJETIVO

Determinar a capacidade térmica do calorímetro utilizando água como produto experimental.

3 REFERENCIAL TEÓRICO

3.1 Calorimetria

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A calorimetria é conhecida por estudar o calor, este é uma forma de energia em trânsito, ou seja, é a transferência de energia de um corpo de maior temperatura a outro de menor temperatura.

Em um sistema isolado, essas transferências de energia de um corpo a outro ocorrem até que se atinja o equilíbrio térmico, ao exemplo da figura 1.

[pic]

Figura 1 : Exemplo de transferência de calor

3.1.1 Calorímetro

De acordo com Russell (1994, p.121) “o calor liberado ou absorvido durante as transformações físicas e químicas é medido no laboratório por meio de um calorímetro. “ Um exemplo de calorímetro é a bomba calorimétrica, neste equipamento os reagentes são postos em um recipiente de aço chamado de bomba, imerso em um recipiente isolado contendo uma quantidade média de água.

“Após terem sido medidas as temperaturas iniciais da água e do interior do calorímetro, a reação inicia-se, muitas vezes, pela passagem de uma corrente elétrica através de um fio para ignição. A variação de temperatura é acompanhada, e a temperatura final é determinada.” (Russell, 1994, p.121)

3.2 Capacidade Calorífica

A quantidade de calor que um determinado corpo deve trocar para que sua temperatura sofra uma variação unitária é chamada de Capacidade calorífica.

A capacidade calorífica de um sistema é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um sistema em 1°C. Para uma substancia pura, como a água num calorímetro, a capacidade calorífica é muitas vezes expressa por mol daquela substância e então é chamada de capacidade calorífica molar. (Russell 1994, p 122)

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Com a diversidade de substâncias pode-se encontrar capacidades caloríficas distintas. Ainda que as capacidades caloríficas atuem com variações de temperatura, o efeito que elas ocasionam muitas vezes são insignificantes, além disso elas dependem de pressão ou volume constante. Na Tabela 1 encontran-se algumas das substâncias com suas capacidades caloríficas, em condições de pressão constante e temperatura de 25°C.

Tabela 1 - substâncias e suas capacidades caloríficas

|Substância |C, J° C -1 mol-1 |

|Al(s) |24,3 |

|Cu(s) |24,4 |

|H2O(l) |75,3 |

|MnCl2(s) |72,9 |

Fonte: RUSSEL, J. B. (1994). Química Geral - pg. 123

Segundo Russell (1994 p. 122) “[...] a capacidade calorífica relaciona a quantidade de calor, q, absorvida por uma substância ao aumento de temperatura de um sistema.” Se representarmos ΔT, como a variação de temperatura (ΔT = Tfinal - Tinicial), C a capacidade calorífica e n o número de mols da substância, será obtida a fórmula: q = nCΔT.

4 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

Para a realização do experimento, foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos.

4.1 Materiais

• 04 Cubos de Gelo

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• Água da torneira

• Papel toalha

• Fósforo

4.2 Equipamentos

• 01 Balança semi-analítica - capacidade 2 kg

• 01 Bastão de vidro

• 01 Béquer de 1L

• 02 Béqueres de 250mL

• 01 Conjunto de Bunsen

• 01 Calorímetro - garrafa de isopor

• 01 Termômetro - 10º a 150ºC - identificado com numeração

5 PROCEDIMENTO

Iniciou-se o procedimento com a calibração do termômetro para uso posterior utilizando elementos em temperatura a 0ºC como o gelo, e em ponto de ebulição a 100ºC. No caso do termômetro utilizado no experimento a primeira medição obteve 0ºC, porém ao ponto de ebulição a temperatura obtida foi de 98ºC. Em decorrência foi necessário realizar a interpolação[1] para que as medidas posteriores obtivessem o valor exato.

Ao iniciar o experimento, pesou-se um béquer vazio, para poder realizar o cálculo da massa de água no inicio de cada um dos processos. Encheu-se o calorímetro com água da torneira, em seguida o líquido foi transferido para o béquer de 1L já previamente pesado. Pesou-se novamente o béquer cheio de água. Após feito as medições utilizando a balança semi-analítica, 20% da água contida no béquer foi transferida para o calorímetro, e usando o termômetro mediu-se a temperatura.

O restante da água contida no béquer, cerca de 80%, foi aquecida utilizando o bico de Bunsen até atingir uma temperatura aproximada a 50ºC. Para a finalização do processo os 80% de água contida no béquer foram transferidos para o calorímetro, e o mesmo foi fechado.

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Resfriou-se o termômetro em água corrente e introduziu-se no calorímetro. Agitou-se o sistema para a temperatura permanecer constante, para assim atingir o equilíbrio químico.

O ciclo foi repetido três vezes, obtendo assim diferentes massas e temperaturas, para assim determinar a capacidade térmica do calorímetro.

6 LEVANTAMENTO DE DADOS

Para cada medição realizada no experimento, foram utilizadas diferentes quantidades de água, sendo que a primeira medição obteve 534,64g, e a segunda e terceira medição obteve 572,91g e 575,72g respectivamente. Para chegar ao peso da água, foi considerado que o peso do béquer vazio é de 272,08g. A tabela 2 mostra os dados experimentais encontrados, cuja medida mágua 1(g) representa 80% da água aquecida a 50ºC (T1 (ºC)), a medida mágua 2 (g) representa 20% da água armazenada no calorímetro em uma temperatura (T2 (ºC)). Após feita as medições, a água armazenada no béquer foi acrescentada ao calorímetro formando a temperatura final (Tf (ºC)).

Tabela 2 - Dados experimentais

|EXPERIMENTO |mágua 1(g) |mágua 2 (g) |T1 (ºC) |T2 (ºC) |Tf (ºC) |

|1 |429,94 |104,70 |51,2 |22,4 |43,8 |

|2 |430,47 |142,44 |51,2 |23,4 |46,9 |

|3 |429,94 |139,81 |51,2 |21,4 |44,9 |

7 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

A partir das medições feitas em cada experimento pôde-se determinar a capacidade térmica do calorímetro. Para o método a partir da água, é utilizado a formula:

mágua 1 . Cágua . (Tf - T1) + mágua 2 . Cágua . (Tf - T2) + Ccal . (Tf - T2) = 0

Dados: Capacidade térmica da água - 1cal/ºC

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7.1 Experimento 1

mágua 1 . Cágua . (Tf - T1) + mágua 2 . Cágua . (Tf - T2) + Ccal . (Tf - T2) =0 429,94g.1cal.(43,8ºC - 51,2ºC) + 104,7g.1cal.(43,8ºC - 22,4ºC) + Ccal.(43,8ºC - 22,4ºC) = 0

429,94 . (-7,4) + 104,7 . (21,4) + Ccal . (21,4) = 0

-3181,85 + 2240,5 + 21,4Ccal = 0

21,4Ccal = +3181,5 - 2240,5

Ccal = 941/21,4

Resultado: Ccal = 43,9

7.2 Experimento 2

mágua 1 . Cágua . (Tf - T1) + mágua 2 . Cágua . (Tf - T2) + Ccal . (Tf - T2) =0 430,47g.1cal.(46,9ºC - 51,2ºC) + 142,44g.1cal.(46,9ºC - 23,4ºC) + Ccal.(46,9ºC - 23,4ºC) = 0

430,47 . (-4,3) + 142,44 . (23,50) + Ccal . (23,50) = 0

- 1851,02 + 3347,34 + 23,50Ccal = 0

23,50Ccal = +1851,02 - 3347,34

Ccal = - 1496,22/23,50

Resultado: Ccal = - 63,66

7.3 Experimento 3

mágua 1 . Cágua . (Tf - T1) + mágua 2 . Cágua . (Tf - T2) + Ccal . (Tf - T2) =0 429,94g.1cal.(44,9ºC - 51,2ºC) + 139,81g.1cal.(44,9ºC - 21,4ºC) + Ccal.(44,9ºC - 21,4ºC) = 0

429,94 . (-6,3) + 139,81 . (23,50) + Ccal . (23,50) = 0

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- 2708,62 + 3285,53 + 23,50Ccal = 0

23,50Ccal = +2708,62 - 3285,53

Ccal = - 576,91/23,50

Resultado: Ccal = - 24,54

7.4 Discussão

O experimento não pôde ser caracterizado como satisfatório, pois nos experimentos dois e três os resultados obtidos foram negativos, o que ocasiona uma média também negativa de - 44,3. Isso se deve ao erro de proporção na medida dos 20% de água para o calorímetro, gerando uma alteração na temperatura final (Tf). Observa-se na tabela 2 (dados experimentais), que as outras medições obtiveram resultados aproximados.Os dados diferenciais podem ser observados nas tabelas 3.1 e 3.2.

Tabela 3.1 - Dados diferenciais

|EXPERIMENTO |20% de água (g) |Tf ºC |

|1 |104,70 |43,8 |

|2 |142,44 |46,9 |

|Diferença |37,74 |3,1 |

Tabela 3.2 - Dados Diferenciais

|EXPERIMENTO |20% de água (g) |Tf ºC |

|1 |104,70 |43,8 |

|3 |139,81 |44,9 |

|Diferença |35,11 |1,02 |

8 CONCLUSÃO

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Ao obter a capacidade térmica utilizando o calorímetro, é indispensável a precisão nas medidas realizadas, pois erros ao medir quantidades podem ocasionar diferenciações ao realizar os cálculos na obtenção dos resultados.No experimento realizado observou-se dois ciclos em que a capacidade calorífica resultante foi negativa.

Pode-se concluir o procedimento como regular em relação aos resultados, mas, contudo satisfatório na realização do procedimento.

9 REFERENCIAS

RUSSEL, John. B. Química Geral .2.ed. São Paulo : Mc Graw-Hill do Brasil, 1994

CALORIMETRIA I. Disponível em: . Acesso em: 18.ago.2011

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[1] Interpolação: Calcula o valor específico de determinadas substâncias (no caso do experimento foi utilizado para corrigir as temperaturas obtidas)

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