Tratamento de dados - YANNA LIMA MACHADO 8822 (6)

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Instituto Federal de Ciência e Tecnologia da Bahia
Química II - Prática
Docente: Carlos Daniel Silva
Discente: Yanna Lima Machado
Turma: 8822 - G3
TRATAMENTO DE DADOS
1. OBJETIVOS
- Diferenciar processos endotérmicos de processos exotérmicos;
- Determinar o calor de dissolução do NaOH em água;
- Determinar o calor de uma reação de neutralização.
2. RESULTADOS E DISCUSSÃO
2.1. Diferença de processos endotérmicos e exotérmicos
2.1.1. Cloreto de amônio + água destilada
TABELA 1 - VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DAS REAÇÕES DE ALGUNS
SAIS EM ÁGUA
REAÇÕES
TEMPERATURA INICIAL
DA ÁGUA (°C)
TEMPERATURA
MÁXIMA OBTIDA APÓS
ADIÇÃO (°C)
Na2SO4 + H2O 24 22
NH4Cl + H2O 22 18
H2SO4 + H2O 23 89
Fonte: autoral (2022)
Em princípio, adicionou-se 3mL de água destilada a um tubo de ensaio e
mediu-se a temperatura inicial da água com o auxílio de um termômetro,
encontrando uma temperatura igual a 22°C (TABELA 1). Seguidamente,
adicionou-se uma espátula de cloreto de amônio - sólido branco cristalino -
ao tubo de ensaio contendo água destilada e foi possível observar completa
dissolução do cloreto de amônio na água contida no tubo de ensaio; ao medir
a temperatura do sistema, observou-se que a temperatura estava diminuindo,
até se encontrar a 18°C - dessa forma, ocorreu uma diminuição da
temperatura em 4°C (TABELA 1), com relação à temperatura inicial.
Dessarte, uma vez que houve uma diminuição de temperatura, pode-se
afirmar que há a ocorrência de um processo endotérmico - com absorção de
calor - com a adição de cloreto de amônio à água, fato este confirmado pela
literatura1.
Sob esse viés, verifica-se que o sistema (cloreto de amônio dissociado em
água) absorveu calor da vizinhança (béquer), ocorrendo, porquanto, um
processo endotérmico; supõe-se, dessa forma, que a força de atração
eletrostática entre os íons do cloreto de amônio (NH4+Cl-) seja maior do que a
força de atração desses íons com a água - assim, a energia liberada na
interação dos íons com a água é menor do que a energia absorvida para a
ocorrência da dissolução dos íons em água.1,2 Em suma, depreende-se que a
energia dos produtos é maior do que a dos reagentes, necessitando de
absorção de energia para que a dissolução se processe de maneira efetiva.
2.1.2. Ácido clorídrico + alumínio metálico
TABELA 2 - VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DE ALGUMAS REAÇÕES
ENTRE ÁCIDOS E METAIS
REAÇÕES
TEMPERATURA INICIAL
DO ÁCIDO (°C)
TEMPERATURA
MÁXIMA OBTIDA APÓS
ADIÇÃO (°C)
HCl + Al 24 100
HCl + Al 25 93
H2SO4 + Zn 26 36
Fonte: autoral (2022)
Inicialmente, adicionou-se 3mL de ácido clorídrico 6 mol L-1 a um tubo de
ensaio e mediu-se a temperatura do mesmo - temperatura inicial - obtendo
um valor de 24°C (TABELA 2). Posteriormente, adicionou-se alguns
filamentos de alumínio metálico ao tubo de ensaio contendo ácido clorídrico 6
mol L-1 e foi possível observar a formação de bolhas - provável formação de
gás, juntamente com uma grande elevação da temperatura, atingindo uma
temperatura máxima de 100°C (TABELA 2). A reação do ácido clorídrico com
o alumínio, conforme mostrado na EQUAÇÃO 1, libera gás hidrogênio,
explicando dessa forma o surgimento de bolhas no sistema:
HCl(aq) + Al(s) AlCl3 (aq) + H2 (g)→
(EQUAÇÃO 1)1
Ademais, em virtude do aumento da temperatura com relação à temperatura
inicial, infere-se que houve um processo exotérmico - com liberação de
energia na forma de calor, fato este confirmado pela literatura1. Constata-se,
portanto, que o sistema (reação entre o alumínio metálico e o ácido clorídrico
6 mol L-1) forneceu calor para a vizinhança (béquer); supõe-se, porquanto,
que as forças eletrostáticas envolvidas na interação dos átomos dos
reagentes é superior às envolvidas nos produtos, liberando energia em forma
de calor para a vizinhança.1,2
2.2. Determinação do calor de dissolução do NaOH em água
TABELA 3 - DADOS OBTIDOS NA PRÁTICA E UTILIZADOS PARA
REALIZAR O CÁLCULO E DISCUSSÃO DO CALOR DE DISSOLUÇÃO DO
HIDRÓXIDO DE SÓDIO EM ÁGUA
Massa do béquer (g) 95,418
Massa de NaOH (g) 2,006
Massa da água (g) 99,75
Temperatura inicial da água (°C) 23
Temperatura máxima obtida (°C) 27
Densidade da água a 23°C (g/mL) 0,9975
Variação de temperatura (°C) 4
Quantidade de matéria de NaOH (mol) 0,05
Calor absorvido pelo béquer (cal) +76,3344
Calor absorvido pela solução (cal) +407,024
Calor total absorvido (cal) +483,3584
Calor total desprendido (cal) -483,3584
Calor de dissolução de NaOH (kJ/mol) -40,448
Calor específico da água (cal/g°C) 1,0
Calor específico do vidro (cal/g°C) 0,2
Fonte: autoral (2022)
Em princípio, adicionou-se 100mL de água destilada a um béquer de 250mL
e mediu-se a temperatura inicial da água, encontrando um valor de 23°C
(TABELA 3). Posteriormente, pesou-se 2,006g de hidróxido de sódio
(TABELA 3) em uma balança semi-analítica e transferiu o hidróxido de sódio
pesado para o béquer contendo a água destilada e foi feita a medição da
temperatura, obtendo uma temperatura máxima de 27°C - ou seja, com uma
variação de temperatura igual a 4°C (TABELA 3). Para encontrar o calor de
dissolução do hidróxido de sódio em água, realizou-se o seguinte cálculo:
A fim de que se encontrasse a massa da solução, assumindo que a mesma
seria a soma da massa da água com a massa do hidróxido de sódio, fez-se
necessário descobrir a massa de água em 100mL; utilizou-se a densidade da
água a 23°C, encontrando um valor aproximado de 99,750g (TABELA 3) e
somou-se com a massa do hidróxido de sódio, encontrando a massa da
solução igual a 101,756g.
FIGURA 1 - CÁLCULOS PARA ENCONTRAR A MASSA DA SOLUÇÃO
Fonte: autoral (2022)
Legenda:
D = densidade;
m = massa;
v = volume
Em seguida, calculou-se o calor absorvido pela solução, utilizando a equação
fundamental da calorimetria, assumindo que o calor específico da solução
seria igual ao da água (1,0cal/g°C), encontrando um valor igual a +407,024
cal (TABELA 3); e o calor absorvido pelo béquer, também utilizando a fórmula
supracitada, assumindo que o calor específico do béquer é igual a 0,2
cal/g°C, encontrando um valor igual a +76,3344 cal (TABELA 3). Uma vez
que o calor total absorvido é igual a soma do calor absorvido pela solução e
pelo béquer, somou-se os valores, encontrando um calor total absorvido de
+483,3584 cal.
FIGURA 2 - CÁLCULOS PARA ENCONTRAR O CALOR TOTAL
ABSORVIDO
Fonte: autoral (2022)
Legenda:
Q = calor absorvido;
m = massa;
c = calor específico;
T = variação de temperatura∆
Ademais, visto que houve um aumento de temperatura durante a dissolução
do hidróxido de sódio em água e que a quebra da ligação envolve liberação
de energia1,4, depreende-se que é um processo exotérmico - com liberação
de energia para vizinhança na forma de calor. Assim sendo, assumindo que o
calor absorvido é simétrico ao calor desprendido4,5, o calor total liberado na
dissolução do hidróxido de sódio em água é igual a -483,3584 cal. Dado que
o valor do calor de dissolução é expresso em kJ/mol, fez-se necessário
transformar o calor liberado em cal para kJ, assim como a quantidade de mol
equivalente a 2,006g de hidróxido de sódio, encontrando um calor de
dissolução igual a -40,448kJ/mol.
FIGURA 3 - CÁLCULOS PARA ENCONTRAR O CALOR DE DISSOLUÇÃO
DO HIDRÓXIDO DE SÓDIO
Fonte: autoral (2022)
Legenda:
Q = calor absorvido ou desprendido
De acordo com a literatura1,3, o calor de dissolução do hidróxido de sódio é de
aproximadamente -44,5 kJ/mol a 25°C; o valor encontrado na prática, no
entanto, foi diferente, apesar de próximo. Essa diferença pode ser explicada
pela temperatura de cada dado: no dado teórico, a temperatura é 25°C,
enquanto que a prática foi realizada a 23°C - ou seja, a uma temperatura
menor. Infere-se, por conseguinte, que, justamente por ter sido realizado a
uma menor temperatura, o calor liberado tem a tendência de ser menor - em
síntese, a diferença do valor teórico para o prático se deu em função das
temperaturas diferentes de ambos dados.
TABELA 4 - DADOS DE CALOR DE DISSOLUÇÃO DE OUTRAS EQUIPES
À DIFERENTES TEMPERATURAS
EQUIPE
TEMPERATURAS
INICIAIS E FINAIS (°C)
CALOR DE
DISSOLUÇÃO(KJ/MOL)
Matheus Bittencourt
e Matheus Benhur 24-28 -39,43
Nina Pinheiro e
Raul Moreira 26-30 -40,78
Fonte: autoral (2022)
2.3. Determinação do calor de neutralização da reação entre ácido
clorídrico e hidróxido de sódio
TABELA 5 - DADOS OBTIDOS NA PRÁTICA E UTILIZADOS PARA
REALIZAR O CÁLCULO E DISCUSSÃO DO CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO
DA REAÇÃO ENTRE O ÁCIDO CLORÍDRICO E HIDRÓXIDO DE SÓDIO
Massa do béquer (g) 100,373
Massa de NaOH em 50 mL (g) 2
Massa de HCl em 50mL(g) 1,8
Temperatura inicial do NaOH (°C) 23
Temperatura inicial do HCl (°C) 23
Temperatura máxima obtida (°C) 28
Variação de temperatura (°C) 5
Quantidade de matéria de HCl em
50mL (mol)
0,05
Quantidade de matéria de NaOH em
50mL (mol)
0,05
Massa molar HCl (g/mol) 36,458
Massa molar NaOH (g/mol) 39,997
Massa de água em 100mL (g) 99,75
Densidade da água a 23°C (g/mL) 0,9975
Calor absorvido pelo béquer (cal) +100,373
Calor absorvido pela solução (cal) +517,75
Calor total absorvido (cal) +618,123
Calor total desprendido (cal) -618,123
Calor de neutralização (kJ/mol) -51,72
Calor específico da água (cal/g°C) 1,0
Calor específico do vidro (cal/g°C) 0,2
Fonte: autoral (2022)
Inicialmente, mediu-se com o auxílio de uma proveta 50 mL de uma solução
de ácido clorídrico 1 mol L-1 e transferiu-se para um béquer de 100mL e
mediu-se a temperatura inicial da solução do ácido, encontrando uma
temperatura igual a 23°C (TABELA 5). Em seguida, mediu-se com outra
proveta 50mL de uma solução de hidróxido de sódio 1 mol L-1 e mediu-se a
temperatura inicial da base, encontrando uma temperatura também igual a
23°C (TABELA 5). A posteriori, pesou-se um béquer de 250mL encontrando
um valor de 100,373g e o béquer foi colocado em cima de um pedaço de
madeira a fim de evitar a troca de calor com o ambiente e tornar mais preciso
o cálculo do calor de neutralização. Por fim, adicionou-se 50 mL das duas
soluções ácidas e básicas simultaneamente e foi possível notar, com o auxílio
de um termômetro, um aumento da temperatura, atingindo um valor máximo
de 23°C - ou seja, com uma variação de 5°C (TABELA 5). Para encontrar o
calor de neutralização do ácido clorídrico com hidróxido de sódio, realizou-se
o seguinte cálculo:
De acordo com a literatura1,2,, a reação de neutralização ocorre entre o H+ do
ácido clorídrico e o OH- do hidróxido de sódio, com a formação de água: logo
a massa total da solução será dada pela soma das massas de hidróxido de
sódio, ácido clorídrico e água. A fim de que se encontrasse a massa da
solução, fez-se necessário descobrir a massa de água em 100mL, utilizando
da densidade da água a 23°C, encontrando um valor de 99,75g de água.
Posteriormente, calculou-se a quantidade de matéria de ácido clorídrico e
hidróxido de sódio a fim de que se pudesse relacionar com a massa molar e,
por fim, encontrar a massa de ácido clorídrico e hidróxido de sódio na
solução e somar para encontrar a massa da solução.
FIGURA 4 - CÁLCULOS PARA ENCONTRAR A MASSA DA SOLUÇÃO
Fonte: autoral (2022)
Legenda:
D = densidade
m = massa;
v = volume
Além disso, calculou-se o calor absorvido pela solução utilizando a equação
fundamental da calorimetria, encontrando um valor igual a +517,75 cal e,
utilizando a mesma equação, o calor absorvido pelo béquer, encontrando um
valor igual a +100,373 cal. Assumindo que o calor total absorvido será a
soma do calor absorvido pela solução e pelo béquer, encontrou-se o calor
total absorvido de +618,123 cal (TABELA 5).
FIGURA 5 - CÁLCULOS PARA ENCONTRAR O CALOR TOTAL
ABSORVIDO
Fonte: autoral (2022)
Legenda:
Q = calor absorvido ou desprendido
Uma vez que é possível observar um aumento da temperatura em relação à
inicial - a reação entre o H+ e OH- envolve a formação de ligação, logo o
sistema irá liberar energia na forma de calor, ou seja, um processo
exotérmico1,2 - faz-se necessário utilizar o simétrico do calor total absorvido4,5
calculado previamente (-618,23 cal). Uma vez que o calor de neutralização é
expresso em kJ por mol de íons H+ e OH-, fez-se necessário transformar
calorias para kJ, encontrando um valor igual a -2,586kJ e também a
quantidade de matéria de íons H+ e OH- ; visto que a cada 1 mol de ácido
clorídrico que é ionizado, é liberado 1 mol de íon H+, ao mesmo tempo que
cada 1 mol de hidróxido de sódio que é dissociado, libera 1 mol de íon OH- -
destarte, pode-se afirmar que a quantidade de matéria calculada previamente
(0,05 mol) também corresponde à quantidade de matéria dos íons H+ e OH-,
visto que os coeficientes estequiométricos são os mesmos e não há reagente
em excesso. Em conclusão, realizou-se o cálculo do calor de neutralização
utilizando o calor desprendido e a respectiva quantidade de matéria,
encontrando um valor de -51,72 kJ/mol.
FIGURA 6 - CÁLCULOS PARA ENCONTRAR O CALOR DE
NEUTRALIZAÇÃO
Fonte: autoral (2022)
Legenda:
Q = calor absorvido ou desprendido
A reação entre os íons H+ (do ácido clorídrico) e OH- (hidróxido de sódio) é
caracterizada como uma reação de neutralização de um ácido forte (ácido
clorídrico) - com grau de ionização de cerca de 92%1 - com uma base forte
(hidróxido de sódio) - com grau de dissociação de cerca de 95%1; essas
reações possuem valor teórico e padrão de aproximadamente -57,9 kJ/mol à
temperatura de 25°C. Foi possível notar, no entanto, que o valor encontrado
(-51,72/ kJ/mol) é diferente do valor teórico (-57,9 kJ/mol); este fato pode ser
explicado pela diferença de temperatura nos dados: o valor teórico considera
a temperatura que está ocorrendo a reação a 25°C, enquanto que o
experimento foi realizado à temperatura de 23°C; logo, é esperado que o
valor encontrado seja menor do que o que está explicitado no dado teórico,
posto que, quanto menor a temperatura, menor será o calor liberado pela
reação exotérmica.
TABELA 6 - DADOS DE CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO DE REAÇÕES
DIFERENTES DE OUTRAS EQUIPES
EQUIPES REAÇÕES TEMPERATURA
S INICIAIS E
FINAIS (°C)
CALOR DE
NEUTRALIZAÇÃ
O (KJ/MOL)
Matheus
Bittencourt e
Matheus Benhur
HCl + NH4OH 26-31 -51,61
Nina Pinheiro e
Raul Moreira
CH3COOH +
NaOH
21,5 - 28 -67,92
Fonte: autoral (2022)
3. CONCLUSÃO
A partir dos experimentos e discussões supracitadas, foi possível diferenciar
com êxito processos endotérmicos e exotérmicos (cloreto de amônia em
água e ácido sulfúrico com alumínio metálico) através dos conceitos de
absorção e liberação de energia na forma de calor; assim como realizar a
determinação do calor de dissolução do hidróxido de sódio em água e o calor
de neutralização da reação entre o ácido clorídrico e hidróxido de sódio
utilizando a equação fundamental da calorimetria e conceitos de
termoquímica, comparando os dados obtidos experimentalmente com dados
teóricos.
4. REFERÊNCIAS
1. FELTRE, Ricardo. Fundamentos de Química: vol 2. São Paulo:
Moderna, 2016.
2. RUSSELL, J.B. Química Geral. São Paulo: Makron Books, 1994.
3. CRC Handbook of chemistry and physics (CRC handbook). Edited by
R.C. WEST, M.J. ASTLE, W.H. BEYER. CRC Press, Inc. Boca Raton,
Florida, 1985.
4. BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E.
Química: a ciência central. 9 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall,
2005.
5. QUAGLIANO, J.V, VALLARINO, L.V.; traduzido por Ainda Espínola;
Química, 3ª Edição, Rio de Janeiro; Guanabara Dois, 1985.