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Termoquímica.
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Nome do aluno: Leonardo Miranda Rino Ramos
Departamento de Química Fundamental, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil. Professor: Euzébio Skovroinski Data da prá�ca: 08/03/2013; Data de entrega do relatório: 22/03/2013.
Introdução
Em termodinâmica, o universo é formado por um sistema e sua vizinhança. Um sistema aberto pode trocar matéria e energia com a vizinhança. Um sistema fechado só troca energia. Um sistema isolado não pode trocar nada.
A transferência de energia na forma de calor é medida com um calorímetro, um disposi�vo no qual o calor transferido é monitorado pela variação de temperatura que ele provoca, usando-se a equação: q = Ccal ΔT
Em que C (^) cal é a capacidade calorífica do calorímetro, q é Calor e ΔT a variação de temperatura.
O calor absorvido ou liberado em uma reação que ocorre sob pressão constante é chamado “variação de entalpia”, ΔH. ΔH = Ccal ΔT
Quando uma reação absorve calor, a variação de entalpia é posi�va (ΔH > 0) e denomina-se a reação como “endotérmica”. Quando uma reação libera calor, a variação de entalpia é nega�va (ΔH < 0) e denomina-se a reação como “exotérmica”.
O obje�vo deste experimento consiste na construção de um calorímetro simples para a determinação de calores de reação e de dissolução.
Procedimento Experimental
Foi pesado um béquer de 250mL limpo e seco. Este béquer foi envolvido pelos lados e por baixo com toalhas de papel amassadas. As toalhas de papel foram deixadas fofas de forma que formassem bolsas de ar preso, o verdadeiro isolante. Em seguida foi imobilizado o conjunto dentro do béquer de 1000mL. E foi colocada uma tampa de isopor, com um pequeno ori�cio no centro com um termômetro. Desta forma o calorímetro foi construído.
Experimento 1: Calor de reação de uma solução de hidróxido de sódio com outra de ácido clorídrico (calor de neutralização).
Foi medido 100mL de uma solução 2,00M de hidróxido de sódio usando um balão volumétrico e transferido para o béquer de 250mL dentro do calorímetro.
Foi iniciada a contagem do tempo com um cronômetro e medido a temperatura da solução no calorímetro em intervalos de 30 segundos por três minutos sempre anotando o tempo de cada medida.
Em seguida foi re�rado o termômetro, e lavado o bulbo com água des�lada usando para isso uma pisseta e em seguida colocado o termômetro na outra solução (HCl), da mesma forma, foi anotado o tempo e a temperatura a cada 30 segundos por mais três minutos.
As temperaturas de ambas as soluções não devem diferir de mais de 1 o^ C e devem ser aproximadamente iguais à temperatura ambiente. Se for preciso pode-se retornar a solução a um erlenmeyer e imergi-la em um banho de
água quente ou debaixo de uma torneira de água corrente conforme o caso.
Em seguida a solução de ácido clorídrico foi adicionada sobre a solução de NaOH con�da no calorímetro. O calorímetro foi coberto com a tampa de isopor, o termômetro foi inserido pelo ori�cio, e foi anotado as medidas de tempo e temperatura a cada 15 segundos por três minutos.
Experimento 2: Calor de reação de uma solução de amônia com outra de ácido clorídrico.
O procedimento anterior foi repe�do, só que desta vez, 100mL de uma solução 2,00M de amônia foi adicionada no béquer de 250mL do calorímetro e 100mL de uma solução 2,00M de ácido clorídrico adicionado sobre a solução de amônia no calorímetro.
Experimento 3: Calor de dissolução de cloreto de amônio em água.
Foi pesado cerca de 8,5 g de cloreto de amônio bem pulverizado. No béquer de 250mL do calorímetro foi adicionado 150mL de água des�lada e marcado o tempo e a temperatura em intervalos de 30 segundos durante três minutos. Foi adicionado o cloreto de amônio no béquer de 250mL do calorímetro, e o mesmo foi coberto rapidamente com a tampa de isopor e inserido o termômetro. Foram realizadas as leituras do tempo e da temperatura em intervalos de 15 segundos por três minutos.
Resultados e Discussão
A massa do béquer de 250mL foi de 110g.
Tabela 1. Temperatura da solução de NaOH em intervalos de 30 segundos.
Temperatura ( 0 C) Tempo (s) 31 30 30 60 27 90 27 120 27 150 27 180
Tabela 2. Temperatura da solução de HCl em intervalos de 30 segundos. Temperatura ( 0 C) Tempo (s) 26 30 26 60 26 90 26 120 26 150 26 180
Tabela 3. Temperatura da reação (NaOH + HCl) em intervalos de 15 segundos. Temperatura ( 0 C) Tempo (s) 30 00 35 15 37 30 38 45 39 60 39 75 39 90 39 105 39 120 39 135 39 150 39 165 39 180
Gráfico 1. Temperatura da reação (NaOH + HCl) pelo tempo decorrido.
Cálculo da entalpia da reação de neutralização do (NaOH + HCl):
ΔH = Ccal ΔT
A capacidade calorífica do calorímetro (Ccal ) é determinada mul�plicando-se a massa (m) do calorímetro pelo seu calor específico (c), um número que depende do material de que é feito o calorímetro. C (^) cal = m.c
No caso do calorímetro construído nesta prá�ca, u�lizaremos o calor específico do borossilicato (vidro de laboratório) = 1,37 J/g°C.
Vale salientar que, ao aplicar as fórmulas, com os dados que temos, obteremos a variação de entalpia do calorímetro, para obter a variação de
O calor de dissolução do cloreto de amônio em água é ΔH = 452,1 J.
Conclusão
U�lizando materiais simples, foi possível construir um calorímetro e assim constatar as variações de temperaturas das reações e suas respec�vas entalpias.
Na primeira e segunda parte do experimento, foi possível observar que as temperaturas das reações elevaram-se rapidamente e posteriormente se estabilizaram, estas reações caracterizaram-se como exotérmicas (ΔH<0). Na terceira parte do experimento, tratasse de uma dissolução endotérmica (ΔH>0), a temperatura da solução cai rapidamente a�ngindo uma temperatura inferior à temperatura inicial.
Referências e notas
- P.A�kins., L. Jones – Princípios de Química – 5ª ed. – Bookman –
- h�p://pt.wikipedia.org/wiki/Isopor
- h�p://pt.wikipedia.org/wiki/ Aerogel
Questões
- A solubilidade do cloreto de amônio aumentará ou diminuirá com o aumento da temperatura? Jus�fique.
R – Aumentará. O aumento da temperatura influencia na solubilidade dos solutos em determinada quan�dade de solvente, para a maioria das substâncias, um aumento da temperatura provoca um aumento na solubilidade. Com o aumento da temperatura, a massa de NH 4 Cl que se dissolve também aumenta.
- Liste quais são as formas conhecidas de transferência de calor e cite métodos ou procedimentos que funcionem como isolantes térmicos para estes �pos de transferência de calor.
R – Há três mecanismos conhecidos para transferência de calor: radiação, condução e convecção.
A radiação consiste de ondas eletromagné�cas viajando com a velocidade da luz. Como a radiação é a única que pode ocorrer no espaço vazio, esta é a principal forma pela qual o sistema Terra-Atmosfera recebe energia do Sol e libera energia para o espaço.
A condução ocorre dentro de uma substância ou entre substâncias que estão em contato �sico direto. Na condução a energia ciné�ca dos átomos e moléculas (isto é, o calor) é transferida por colisões entre átomos e moléculas vizinhas. O calor flui das temperaturas mais altas (moléculas com maior energia ciné�ca) para as temperaturas mais baixas (moléculas com menor energia ciné�ca).
A convecção somente ocorre em líquidos e gases. Consiste na transferência de calor dentro de um fluído através de movimentos do próprio fluído. O calor ganho na camada mais baixa da atmosfera através de radiação ou condução é mais frequentemente transferido por convecção. A convecção ocorre como consequência de diferenças na densidade do ar. Quando o calor é conduzido da super�cie rela�vamente quente para o ar sobrejacente, este ar torna-se mais quente que o ar vizinho. Ar quente é menos denso que o ar frio de modo que o ar frio e denso desce e força o ar mais quente e menos denso a subir. O ar mais frio é então aquecido pela super�cie e o processo é repe�do.
- Jus�fique as premissas 1-4 na Introdução.
R – O isopor é uma espuma de polies�reno, contém inúmeras e minúsculas bolhas de ar. Com isso a transmissão de calor é muito baixa, pois ele teria que passar por caminhos muito tortuosos através das bolhas. O melhor isolante térmico que existe é o aerogel, uma espécie de material feito
com micro bolhas em silício. Também é conhecido como fumaça sólida.
