P8 - Calor de Mistura - Júlia_SS

Prévia do material em texto

Calor de mistura
	Experimento 8
	Júlia Silvestre de Sena
	
	Departamento de Engenharia Química, Curso de Química Industrial, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil
	
	Professor: Luciano Costa Almeida
	
	Data da prática: 22/10/2020; Data de entrega do relatório: 19/11/2020
	
Resumo
Calor é definido como energia em transferência devido a uma diferença de temperatura entre eles, então o presente trabalho tem como objetivo calcular o calor integral e diferencial de uma mistura de acetona e clorofórmio em um sistema fechado em calorímetro a partir desta diferença de temperatura. Obtendo como resultado que foi possível observar o comportamento parabólico calor integral da mistura de acetona e clorofórmio e que o calor diferencial da mistura diminui com o aumento da fração molar.
Laboratório de Físico-Química 1, Júlia Silvestre de Sena, Calor de mistura.
Palavras chaves: Calor de mistura; Calor diferencial; Calor integral; Calorímetro. 
1
Sumário
Introdução	1
Metodologia	2
Resultados e Discussão	2
Conclusão	3
Referências	3
Apêndice	4
Introdução
Calor é definido como energia em transferência devido a uma diferença de temperatura entre eles. Esta variação de energia pode ser calculada em um sistema isolado termicamente com calorímetro, que é observada a partir da variação de temperatura. 
Para determinar o calor liberado ou absorvido é necessário saber previamente a capacidade calorífica do calorímetro. Sendo a capacidade calorífica definida como a quantidade de energia necessária para elevar um grau de temperatura, que pode ser calculada pela Equação 1. 
 (1)
Onde Q é o calor de dissociação e ∆T é a variação de temperatura.
Quando duas substâncias são misturadas, no entanto não reagem entre si, o calor obtido desta interação é chamado de calor de mistura e pode ser calculado a partir da Equação 2. 
 (2)
Onde ∆H é o calor integrado, ∆h é o calor diferencial, x1 é a fração molar do soluto e x2 a fração do solvente. 
O calor integrado pode ser calculado utilizando a Equação 3. 
 (3)
Onde C é a capacidade calorifica para cada substância e ∆T é a variação de temperatura da mistura durante o experimento.
Metodologia
Em um calorímetro, coloca-se os volumes de clorofórmio e acetona, de modo que a mistura totaliza nove gramas. 
A medida da massa para posterior cálculo de volume por meio da densidade das substâncias foi calculada com base na seguinte Equação 4. 
 (4)
Onde ma é a massa de acetona e xa é a fração molar da acetona, que varia de 0,9 a 0,1. 
Com a mistura no calorímetro, anota-se a temperatura a cada cinco segundos até que a temperatura se mantenha constante. 
Resultados e Discussão
a) Calor integral 
Para cálculo do calor da mistura, primeiro foi necessário calcular a capacidade calorífica do calorímetro para cada mistura pela Equação 5. 
 (5)
Onde xa e xc são respectivamente a fração molar da acetona e clorofórmio. E ca e cc são respectivamente a calor específico molar da acetona e do clorofórmio, que na literatura corresponde a 30,74 cal/mol.K e 28,68 cal/mol.K. 
Então, utilizando a Equação 5, calculou-se a capacidade calorífica do calorímetro para cada substância. 
	Tabela 1. Capacidade calorífica do calorímetro, em cal/K e frações molares. 
	xa
	xc
	C (cal/K)
	0,9
	0,1
	30,534
	0,8
	0,2
	30,328
	0,7
	0,3
	30,122
	0,6
	0,4
	29,916
	0,5
	0,5
	29,71
	0,4
	0,6
	29,504
	0,3
	0,7
	29,298
	0,2
	0,8
	29,092
	0,1
	0,9
	28,886
Em posse dos dados da Tabela 1, calculou-se o calor de mistura integral para cada intervalo de temperatura com a Equação 3, que estão apresentados na Tabela 2. 
	Tabela 2. Calor integral da mistura, em calorias, e temperaturas finais e iniciais para cada mistura, em graus célsius. 
	Tf (°C)
	Ti (°C)
	∆H (cal)
	20,1
	18,8
	39,6942
	24
	23,1
	27,2952
	25,3
	24,8
	15,061
	26,6
	26,5
	2,9916
	27,9
	27,7
	5,942
	27,1
	26,6
	14,752
	27
	26,7
	8,7894
	25,7
	25,4
	8,7276
	24,3
	24,3
	0
Com base nos resultados da Tabela 2, construiu-se um gráfico, que se encontra na Figura 1 do apêndice, das frações molares da acetona em relação ao calor integral da mistura. 
O gráfico obteve no R² de 0,7659 que é abaixo do ideal, demonstrando que os valores não se adequam bem ao modelo, então retirou-se os valores que fogem da tendência geral, obtendo um segundo gráfico que obteve R² de 0,9839, que se encontra na Figura 2 do apêndice. 
b) Calor diferencial
	Deriva-se a equação da reta da Figura 2, e com base nos resultados da derivada integral, utiliza-se a Equação 2 para calcular a derivada diferencial. 
	Os resultados da derivada diferencial e frações molares, estão apresentados na Tabela 3. 
	Tabela 3. Calor diferencial das misturas e suas frações molares. 
	xa
	xc
	∆h2 
	0,9
	0,1
	38,40
	0,8
	0,2
	27,51
	0,7
	0,3
	19,60
	0,6
	0,4
	14,66
	0,5
	0,5
	27,55
	0,4
	0,6
	49,10
	0,3
	0,7
	58,69
	0,2
	0,8
	76,99
	0,1
	0,9
	89,43
Com base nos resultados da Tabela 3, construiu-se o gráfico da Figura 3 do apêndice com o calor diferencial e as frações molares da acetona. 
Tal gráfico gerou um R² de 0,6654, então retirou-se pontos que não seguem a tendência do gráfico, obtendo outro gráfico, Figura 4 do apêndice, que obteve um R² de 0,9931, o que foi consideravelmente mais adequado. 
Conclusão
Sendo assim, foi possível observar o comportamento parabólico calor integral da mistura de acetona e clorofórmio e que o calor diferencial da mistura diminui com o aumento da fração molar. 
Além disso, foi possível notar as substancias interagiram quando misturadas, o que resultou em uma variação de energia na forma de calor liberado. 
Referências
[1] Atkins P., de Paula J. Físico-Química. 8ª ed., vol. 1, Editora LTC.
[2] Castellan G. Fundamentos de Físico-Química. Editora LTC, 1986.
[3] BUENO, W.A.; DEGREVE, L. Manual de Laboratório de Físico-Química. São Paulo. McGraw-Hill do Brasil, 1980.
[4] Roteiros de práticas de Laboratório de Físico-Química, Curso de Química Industrial, DEQ-UFPE, 2018.1.
Apêndice 
Figura 1. Calor integral da mistura, em calorias, em relação a fração molar da acetona. 
Figura 2. Calor integral da mistura, em calorias, em relação a fração molar da acetona com a retirada dos pontos fora da curva. 
Figura 3. Calor diferencial da mistura, em calorias, em relação a fração molar da acetona. 
Figura 4. Calor diferencial da mistura, em calorias, em relação a fração molar da acetona, com a retirada dos pontos fora da reta.