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INTRODUÇÃO
TERMOQUÍMICA
A termoquímica refere-se ao estudo das transferências de calor que ocorrem durante as transformações químicas e algumas transformações físicas. As reações químicas sempre estão acompanhadas de uma liberação ou absorção de energia, ainda que a quantidade de energia seja às vezes pequena. Se a energia dos produtos é menor que a energia dos reagentes, então, enquanto a reação avança, energia é liberada. Por outro lado, se a energia dos produtos é maior que aquela dos reagentes, o sistema absorve energia das vizinhanças durante o curso da reação. Em qualquer caso, a quantidade de energia liberada ou absorvida expressa a variação da energia na mistura que reage. Isto, por certo, está de acordo com a lei da conservação de energia. O calor liberado ou absorvido durante as transformações físicas e químicas é medido no laboratório por meio de um calorímetro. Um tipo de calorímetro usado nesse experimento consiste num béquer de 250mL circundado pelos lados e por baixo por toalhas de papel amassadas, estando este conjunto imobilizado dentro de um béquer de 1000mL. Um pedaço de isopor, com um orifício no centro para o termômetro, faz o isolamento da parte superior. A capacidade calorífica de um sistema é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um sistema em 1°C. Para uma substância pura como a água num calorímetro, a capacidade calorífica é muitas vezes expressa por mol daquela substância e então é chamada capacidade calorífica molar_._ As unidades SI para a capacidade calorífica molar são joules por grau Celsius por mol, abreviadas: J °C-l^ mol- l.
Materiais e Soluções Água destilada; Balança analítica; Balão volumétrico 100 ml; Béquer de 250 ml; Béquer de 1000 ml; Funil de vidro; Hidróxido de sódio diluído 2,00 M; Ácido clorídrico 2,00M; Amônia 2,00 M; Cloreto de amônia bem pulverizado 8,5 g; Papel toalha; Tampa de isopor; Termômetro.
Procedimento Experimental O experimento foi dividido em quatro partes (construção do calorímetro experimento 1, experimento 2, experimento 3).
Construção do calorímetro Foi pesado um béquer de 250 ml, logo em seguida foi colocado o mesmo dentro de um béquer de 1000 ml e preencher todo os espaço vazio entre o béquer de 250 ml e o béquer de 1000 ml com papel toalha amassado. Foi feita uma tampa com um pedaço de isopor em formato circula no tamanha da boca do béquer de 250 ml com um orifício no centro da tampa para passa o termômetro.
Experimento 1: Calor de reação de uma solução de hidróxido de sódio com outra de ácido clorídrico (calor de neutralização). Foi medido num balão volumétrico 100 mL de uma solução 2,00M de hidróxido de sódio e Em outro balão volumétrico foi medido 100 mL de uma solução 2,00M de ácido clorídrico, em seguida foi verifica a temperatura das duas soluções ( As temperaturas de ambas as soluções não devem diferir de mais de 1°C e devem ser aproximadamente iguais à temperatura ambiente ).
Com a mistura das duas soluções dentro do calorímetro a temperatura aferida durante 3 minutos e foi verificada uma variação na temperatura da reação que iniciou com 30 °C e se elevou ate 39 °C dentro do intervalo de tempo, havendo uma variação de 9 °C no sistema. Quando o hidróxido de sódio foi adicionado ao sistema houve dissociação de suas moléculas e uma interação com as moléculas do acido clorídrico, como mostra a reação abaixo: NaOH(s) + HCl(aq) →NaCl(aq) + H2O(l) Devido ao aumento na temperatura da reação, pudemos observar que a reação e exotérmica, por ter liberado energia, e espontânea, devido à ausência de forcas externas atuantes no sistema.
Experimento II Na tabela abaixo relata os valores da temperatura inicial de cada solução e a temperatura da reação.
Tabela 2: Temperatura de reação entre NH 3 e HCl Solução 2 M
Temp. inicial °C Temp. final °C depois dos 3 min.
Temp. de reação °C NH 4 (l) + HCl (^) (aq) → NH 4 Cl (^) (l) +H(g) NH 4 24 24 Tinic. 30 HCl (^26 24) Tfinal 31
A temperatura da amônia era de 24 °C e a do ácido clorídrico era o mesmo utilizado no experimento I 26 °C, porém a diferença que queríamos trabalhar de temperatura entre soluções era de mais ou menos 1°C. O balão que continha a solução de HCl foi levado ao banho de gelo para que a sua temperatura fica-se bem próxima da temperatura da solução da amônia, com isso a temperatura inicial da solução de HCl usada foi de 24 °C. Tomando o mesmo procedimento do experimento anterior, foi misturado as soluções dentro do calorímetro e foi verificada uma variação na temperatura da reação que iniciou com 30 °C e se elevou ate 31 °C dentro do intervalo de tempo, havendo uma variação de 1 °C na reação. Na reação formou-se o produto cloreto de amonia, como mostra a reação abaixo: NH3 (l) + HCl (^) (aq) → NH 4 Cl (^) (l) + H(g)
Experimento III A temperatura da água destilada usada no 3° experimento foi de 24 °C e como o cloreto de amônia usado estava na forma solida não deu para aferir a temperatura do composto. O cloreto de amônio (NH 4 Cl) quando dissolvido em água, faz com que ocorra absorção de calor, e consequentemente diminuição da temperatura (processo endotérmico). A temperatura diminuiu de 24 °C para 21°C dentro do mesmo intervalo de tempo usado nos dois experimentos anteriores, como mostra a reação abaixo: H2O(l) + NH4Cl(s) → NH4+(l) + Cl-(g)
Tratamento de Dados A capacidade calorífica do sistema é dada pela soma das capacidades caloríficas da solução mais a do calorímetro, segundo a Equação 1. Csis = (d.V)sol.csol + mcal.ccal Eq. Onde “ Csis ” é a capacidade calorífica do sistema, “ d ” é a densidade, “ V ” volume, “ csol ” o calor específico da solução, “ mcal ” a massa do calorímetro e “ ccal ” o calor específico do mesmo. As aproximações feitas nesta prática serão: todas as densidades iguais à da água: 1,00 g.mL-1; calores específicos iguais ao da água: 4,18 J.g-1.K-1; calor específico do pyrex, material que compõe o béquer: 0,753 J.g-1.K-1. Baseado nisto e na eq.1, calculou-se a capacidade calorífica do sistema em C 1 = 918,800J.K-1. Onde o béquer de 250mL do calorímetro tem a massa de 109,960g. Para a experiência 2, a capacidade calorífica do sistema é igual ao da experiência 1, pois está se admitindo que a densidade, o volume, e o calor específico da solução são iguais. Portanto, C 2 = 918,800J.K- Já para a experiência 3, a capacidade calorífica é calculada considerando também o peso do sal ao invés de duas soluções. Portanto, C 3 = 744,911J.K-.
Convecção: é o processo de transmissão de energia acompanhado do transporte de matéria, ocorre com a mudança da posição das partículas por diferença de densidade. Irradiação: é o processo pelo qual o calor de propaga através de ondas eletromagnéticas e pode ocorrer sem presença de meio material. Superfícies espelhadas para impedi a transmissão por irradiação, vácuo para impedir a transmissão por convecção e meio isolante para impedir a transmissão por condução.
3) Justifique as premissas 1-4 na Introdução. R: Sem as premissas, seria impossível calcular a energia de alguma reação, pois teríamos sempre em mente a dúvida de quanto calor o sistema perdeu para o meio. As premissas assumem que o calorímetro é ideal e não perde calor mapa o meio. Além disso, as constantes são necessárias e tornam a análise de mais fácil acesso.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FUNDAMENTAL
EXPERIMENTO Nº 5
TERMOQUÍMICA
ALUNO: Tiago Ferreira
DISCIPLINA: Química Experimental L
PROFESSOR: Euzébio Skovroinski
RECIFE- PE
