Pontifícia Universidade Católica de Goiás
Escola de Ciências Exatas e da Computação
Professor: Danns
Termodinâmica Química (MAF 1930)
Aluno:
Joelson José
Trabalho, Calor e Energia
Goiânia, Setembro de 2019.
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Trabalho, calor e energia, Trabalhos de Termodinâmica
Relatório pós aula sobre trabalho, calor e energia.
Tipologia: Trabalhos
2019
1 / 10
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Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Ciências Exatas e da Computação Professor: Danns Termodinâmica Química (MAF 1930) Aluno: Joelson José
Trabalho, Calor e Energia
Goiânia, Setembro de 2019. Resumo
Em termodinâmica, o trabalho tem um significado bem específico: é a energia necessária para mover um objeto contra uma força. O objetivo do experimento é observar uma relação entre trabalho, calor e energia. A liberação de energia pode ser usada para promover calor, produzindo então, um trabalho. No procedimento I, quando o alumínio reage com o ácido clorídrico, foi possível visualizar a expansão do gás hidrogênio (H 2 ). Obteve-
se um valor teórico e experimental para essa reação. Para o procedimento II, foi explicado a variação de temperatura e sua classificação como endotérmica ou exotérmica.
Objetivo
Verificar as relações entre o trabalho, calor e a energia, produzidos por uma reação química e verificar se uma reação é endotérmica ou exotérmica.
(Eq. 2) Um processo que cede energia na forma de calor é dito exotérmico. As reações de combustão, por exemplo, são exotérmicas, já um processo que absorve calor é dito endotérmico[3]^. Por exemplo, as reações de vaporização da água são endotérmicas. Quando um processo endotérmico ocorre num sistema com fronteiras diatérmicas, há entrada de energia no sistema, na forma de calor e a sua temperatura permanece inalterada. Um processo exotérmico, no mesmo sistema, provoca liberação de calor para as vizinhanças e a sua temperatura permanece inalterada[1]^.
Materiais e métodos
Materiais Experimentais
- 3 béqueres de 100 mL
- 1 termômetro
- 1 kitassato
- 1 seringa de vidro de 50 mL
- 1 mangueira de conexão
- 1 rolha de borracha para a vedação do kitassato
- 1 quantia de papel alumínio
- 1 chapa de aço com agitador magnético
- 1 barra magnética (tamanho médio)
- 2 garrafas térmicas
- HCl diluído (6,0 molar)
- Água destilada
Procedimento experimental
I - Trabalho da expansão de um gás Foram pesadas respectivamente 0,0102g ; 0,0152g e 0,0209g de alumínio por cada grupo, sendo a última massa referente ao nosso grupo, e foi medido 50 mL de ácido clorídrico. No kitassato adicionou-se a barra magnética e o ácido clorídrico. Colocou-se o Kitassato na chapa magnética, conectado na seringa (previamente presa nas hastes metálicas) na saída
lateral do kitassato posicionada na horizontal com o êmbolo na posição de leitura igual a zero mL. (Figura 1) Figura 1: Sistema montado para análise do experimento.
Rapidamente, adicionou-se o alumínio, previamente pesado, no kitassato com ácido clorídrico e o tampou com a rolha de borracha. O agitador magnético foi ligado. Esperou-se até que o alumínio fosse totalmente consumido para fazer a leitura da expansão do gás.
II - Reações exotérmicas e endotérmicas em fronteiras diatérmicas
onde: W= trabalho p (^) op = pressão que se opõe = pressão externa ΔV = variação de volume do gás Para a reação utilizando 0,0209 g de Al, tem-se: W= pext x W= 1 atm x 0,043 L W= 0,043 atm .L Como a unidade no SI para trabalho é Joule é necessário fazer uma conversão destas unidades de pressão e volume. Para simplificar os cálculos, ao invés de se converter os valores para as unidades que fornecem o trabalho em Joule, (pressão em Pa e volume em m^3 ), calcula-se o trabalho utilizando a pressão em atm e o volume em L e multiplica-se o resultado por um fator de conversão, que neste caso é 101,325 J. Isto ocorre porque: 1 L atm = 10 -3^ m 3. 101,325 .10 3 Pa = 101,325 Pa. m^3 = 101,325 J Então: W= 0,043 atm.L X 101,325 = 4,3569 J. Fazendo os mesmos cálculos para as reações contendo 0,0102 g e 0,0152 g de Al, tem-se:
-Para 0,0102 g de Al, a variação de volume foi 14,0 mL: W= 1 atm x 0,014 L x 101, W= 1,4185 J
- Para 0,0152 g de Al, a variação de volume foi 29,0 mL: W= 1atm x 0,029 L x 101, W= 2,9384 J Levando-se em consideração que, a quantidade de mols de H 2 formado é 3/2 mols de Al adicionado na reação e os valores dos trabalhos experimentais calculados acima, podem-se comparar os números de mol
teóricos e experimentais para o gás hidrogênio formado na reação (Eq. 1). Então:
- Para 0,0209 g de Al: n (^) (Al)= 0,0209 g / 26,98 = 5,63.10 -1^ mol de Al. 1 mol de H 2 3/2 mol de Al X (^) teórico = 7,74.10 -4^ mol de Al X (^) teórico = 5,80.10-4^ mol de H 2
Wexp = 5,80.10-4^ x 8,314 x 298, Wexp = 1,44 J Realizando os mesmos cálculos para as outras massas de Al, tem-se que:
- Para 0,0102 g de Al: n (^) (Al) = 3,78.10 -4^ mol Número de mols teóricos de H 2 = 2,83.10 -4^ mol. Wexp = 0,70 J
- Para 0,0152 g de Al: n (^) (Al) = 5,63.10 -4^ mol Número de mols teóricos de H 2 = 4,22.10 - Wexp = 1,04 J Tabela 1: Trabalho de expansão Massa de alumínio
Trabalho Experimental (J)
Trabalho Teórico (J)
0,0102 g 0,70 1,
também a partir do segundo experimento, que reações de dissolução em água podem ser exotérmicas (liberar calor).
Referencial teórico
[1] ATKINS, Peter W. Físico-Química. Vol 1, Livros Técnicos e Científicos, 6ª edição (1999).
[2] Pilla, Luiz. Físico Química I ; ed. Livros Técnicos e científicos;1979; Rio de Janeiro R.J p 135-151. [3] Adaptado de: “Apostila de Laboratório de Físico-Química” ; JÚNIOR, Adolfo Franco.