Construção de um calorímetro de mistura e Determinação do calor de neutralização

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Construção de um calorímetro de mistura e Determinação do calor de neutralização
1. INTRODUÇÃO
Um calorímetro é um instrumento usado para medir a quantidade de calor absorvido ou libertado pela matéria, quando se sofre uma reação química ou mudança física. Historicamente, tais medições de precisão ajudaram a abrir uma janela sobre a estrutura molecular e atômica da matéria, porque o movimento de moléculas e átomos na matéria coletivamente carrega uma quantidade de energia térmica distintiva para cada tipo de matéria e suas reações químicas. Com base em tais medidas calorimétricas, os cientistas desenvolveram quadros com as capacidades de calor de substâncias. Cada material possui um calor específico diferente. Outros calorímetros mais modernos e precisos foram criados. O calorímetro de água ou calorímetro bomba é muito utilizado para medir a quantidade de calor liberada na combustão de uma amostra de um alimento, ou seja, o poder calórico dos alimentos. Dados produzidos por calorímetros tem sido fundamental para o desenvolvimento de tecnologias tais como caldeiras a vapor, turbinas, motores de foguetes, motores de combustão interna, refinarias de petróleo e fábricas de produtos de plástico. O primeiro calorímetro inventado foi feito por Lavoisier e Laplace, em que eles consideravam um fenômeno ocorrendo dentro de uma esfera de gelo a zero grau e que era derretida pelo calor desenvolvido e que não podia se dissipar. Eles mediam a quantidade de água formada e tinham a medida do calor desprendido no processo.
2. OBJETIVOS
Construir um calorímetro de mistura e determinar sua capacidade calorífica.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O calorímetro surgiu no final do século XVIII e tornou-se um instrumento de trabalho largamente utilizado. O químico escocês Black foi um dos primeiros a realizar estudos quantitativos em relação à calorimetria, ele mediu o calor de fusão do gelo e o calor de vaporização da água e introduziu os conceitos de calor latente e capacidade calorífica ou calor específico. 
Os conceitos fundamentais no estudo da Física Térmica são os conceitos de temperatura e calor. Foi necessário um tempo extraordinariamente longo na história das ciências para que estes conceitos fossem distinguidos, mas a partir daí houve um rápido progresso na compreensão desta área do conhecimento.
O homem desde a antiguidade já distinguia entre o quente e o frio e fazia tentativas de explicar esta distinção. Pode-se citar Aristóteles com os quatro elementos (água, ar, terra, fogo) que compunham as substâncias com as características: quente, frio, úmido e seco. Quando queremos determinar se um corpo está quente ou frio costumamos fazer uso do nosso sentido do tato; por exemplo, para verificar se alguém está com febre o tocamos com nossa mão e associamos a sensação de quente a uma temperatura elevada.
Temperatura é uma grandeza macroscópica que está relacionada com o estado microscópico do corpo. Quando a temperatura de um corpo varia algumas outras grandezas físicas também podem se alterar como, por exemplo, a cor e o volume do corpo. Como temperatura é uma grandeza física ela deve poder ser medida, e para tanto é necessária a construção de um instrumento que possa fazer esta medição. Temperatura foi a primeira grandeza termodinâmica a ser medida, ainda quando não se sabia exatamente o que era. O homem, fazendo uso das variações que um corpo sofre ao ter sua temperatura alterada, construiu o termômetro.
Em 1770 o químico escocês Joseph Black (1728-1799) demonstrou, através de um experimento, que o que é transmitido não é temperatura. O experimento consistiu em colocar um corpo sólido com temperatura muito elevada em uma mistura de água e gelo. Após um tempo a temperatura do sólido diminuiu significativamente, mas a temperatura da mistura pouco variou. Se a temperatura fosse transferida, ela deveria variar bastante também na mistura. O químico francês Lavoisier (1743-1794), considerado o pai da Química moderna, batizou em 1787 este “algo”, que passa de um corpo para outro quando estão com temperaturas diferentes, de calórico. Calórico seria uma substância que permearia todos os corpos e escoaria de um corpo para outro enquanto estivessem com temperaturas diferentes.
O químico sueco Johan Gadolin definiu, então, em 1784, o calor específico de uma substância como sendo a quantidade de energia que deve ser fornecida a uma unidade de massa da substância para elevar em um grau a sua temperatura. Assim,
	C = 
onde c é o calor específico da substância cuja amostra de massa m teve a temperatura elevada em ∆t ao receber uma quantidade de energia Q. A unidade de medida do calor específico é a razão entre a unidade de medida da energia e o produto das unidades de medida da massa e da temperatura. Unidades usuais de calor específico são a cal / g C° e o J / kg K.
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 Materiais
· Béquer, Pipetas, Frasco isolante, Frasco térmico, Proveta de 100mL
· Água destilada (H2O)
· Solução aquosa de ácido clorídrico, HCL o,25 mol/L; Solução aquosa de hidróxido de sódio, NaOH 0,25 mol/L
· Termômetro, Cronômetro, Calorímetro de mistura
4.2 Métodos
Primeiramente foi montado o calorímetro, utilizando um isolante de isopor e como vaso calorimétrico foi utilizando uma lata de refrigerante metálica. Em seguida foi colocada dentro da lata de refrigerante (calorimétrico) 225 mL de água destilada a temperatura ambiente, em seguida adicionou 55 mL de água destilada a 6°C, agitando-a e anotando a temperatura encontrada desta mistura a cada 15 segundos até observar o equilíbrio. Esse mesmo processo foi realizado mais duas vezes alternando a quantidade de água adicionada. 
Em um segundo momento montou-se 2 calorímetros, A com HCl e B com NaOH. Mediu-se 140mL de ácido clorídrico e transferiu para o calorímetro A, com um intervalo de 30 segundos anotou-se a temperatura com o termômetro mergulhado na solução de ácido. Após as anotações, lavou-se e secou o termômetro para utilizar no calorímetro B, repetiu o mesmo processo, mas agora com 140mL da solução de hidróxido de sódio. 
Após a leitura, transferiu-se rapidamente a solução de HCl do calorímetro A para o B, agitando moderadamente, assegurando assim a sua homogeneização. Continuou-se com as leituras da temperatura a cada 30 segundos até a temperatura manter-se constante, ou que tenha diminuído um pouco.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para a determinação da capacidade calorífica do calorímetro, foi necessário em cada etapa medir a temperatura da água em temperatura ambiente e, da água resfriada e da mistura. Na tabela estão expostas as temperaturas encontradas em cada etapa: 
Tabela 1: Temperaturas
	1° Etapa
	2° Etapa
	3° Etapa
	Tambiente= 225 mL; 25°C
	Tambiente= 150 mL; 25°C
	Tambiente=55 mL; 25°C
	Tfria=55 mL; 6°C
	Tfria= 150 mL; 7°C
	Tfria= 225 mL; 4°C
		t (s)
	T (°C)
	15
	22°C
	30
	21°C
	45
	21°C
	60
	21°C
	75
	21°C
		t (s)
	T (°C)
	15
	18°C
	30
	18°C
	45
	17°C
	60
	17°C
	75
	17°C
		t (s)
	T (°C)
	15
	8°C
	30
	8°C
	45
	8°C
	60
	8°C
	75
	8°C
	
	Fonte: Dados coletados durante a prática
Na primeira etapa e segunda etapa houve a transferência de calor até manter o equilíbrio, visto que duas temperaturas diferentes, a de maior calor transfere para a de menor. Já na segunda etapa não houve mudança na temperatura, uma vez que a quantidade de água de maior temperatura era bem menor que a de maior temperatura. Com os valores da tabela 1 e sabendo que o calor especifico da água é de 1 cal/g °C em joule é 4,18J/°C.g, pode-se calcular a Capacidade Calorífica do Calorímetro C, utilizando a seguinte fórmula: 
m= massa
c= calor específico
C= capacidade calorífica
T= temperatura
Aplicando os dados na fórmula foi encontrada a capacidade calorífica do calorímetro: 710 J/K. 
Na leitura da solução ácida do calorímetro A, foram encontradas as seguintes temperaturas apresentadas na tabela 2.
Tabela 2 - Temperaturas do calorímetro A.
	Solução Ácida - Calorímetro A
	t= 0s
	t= 30s
	t= 60s
	t= 90s
	t= 120s
	T = 27°C
	T = 26°C
	T = 26°C
	T = 26°C
	T = 25°CFonte: Dados coletados durante a prática
Na tabela 3 tem-se as temperaturas coletadas na solução básica no calorímetro B.
Tabela 3 - Temperaturas do calorímetro B.
	Solução Básica - Calorímetro B
	t= 0s
	t= 30s
	t= 60s
	t= 90s
	t= 120s
	T = 26°C
	T = 26°C
	T = 26°C
	T = 26°C
	T = 26°C
Fonte: Dados coletados durante a prática
Com as duas soluções misturadas, e com agitação moderada tem-se as temperaturas encontradas a cada 30 segundos, como mostra na tabela 4.
	Tempo (s)
	Temperatura (°C)
	Tempo (s)
	Temperatura (°C)
	0
	27°C
	330
	29°C
	30
	28°C
	360
	28°C
	60
	28°C
	390
	28°C
	90
	28°C
	420
	28°C
	120
	28°C
	450
	28°C
	150
	28°C
	480
	28°C
	180
	28°C
	510
	28°C
	210
	29°C
	540
	28°C
	270
	29°C
	570
	28°C
	300
	29°C
	600
	28C
Com as duas soluções juntas, a temperatura aumentou aos poucos e por fim se mantém constante a 28°C. 
6. CONCLUSÃO
O valor encontrado pode não ser a verdadeira capacidade calorífica do calorímetro, considerando que os cálculos realizados podem estar incorretos. Observando as temperaturas é possível perceber que o equipamento proposto pode substituir com uma determinada segurança os equipamentos convencionais. Levando em consideração que a elaboração do equipamento possui um baixo custo, se comparado aos equipamentos convencionais. 
7. REFERÊNCIAS
Definição de calorímetro. Disponível em: <http://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/calorimetro> Acesso em 17 de junho às 17h58
MICHELENA, Juleane Boeira; MORS, Paulo Machado. Física térmica: uma abordagem histórica e experimental. Porto Alegre: UFRGS, Instituto de Física, 2008, Disponível em: <https://www.if.ufrgs.br/public/tapf/v19n5_Michelena_Mors.pdf> Acesso em 18 de junho às 10h33