Relatorio 2 - Determinação do equivalente em água do calorímetro

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Alunos: Jucilane Braga, Ricardo Torres, Tiago costa. 
Data: 05 de maio de 2023. 
Professor: Elson Almeida. 
 
TÍTULO 
 Determinação do equivalente em água do calorímetro. 
RESUMO 
A calorimetria é responsável por medir mudanças nas variações de um sistema com 
objetivo de derivar a energia absorvida ou perdida de um sistema através do calor devido 
às reações químicas. A calorimetria é realizada com um calorímetro, este é responsável 
também por estudos em diversas áreas como Termodinâmica, Química, Biologia entre 
outros. O calorímetro usado no procedimento é um calorímetro adiabático, no qual realiza 
trocas de energia entre sistemas de um ambiente totalmente isolado, ou seja, a energia 
térmica dissipada no sistema deverá ser absorvida pela água do calorímetro até que se 
mantenha em temperatura constante, havendo assim um equilíbrio térmico. O calorímetro 
utilizado nas práticas foi de construção dos alunos, com materiais acessíveis. O 
experimento foi realizado com intuito de determinar o equivalente em água do 
calorímetro, e como resultado, foi possível concluir que o calorímetro é eficaz para as 
amostras de 50 ml com +20°C acima da temperatura ambiente, e 100 ml com +10/20°C 
acima da temperatura ambiente, com valores de W = 33,9 g, e W = 50 G, respectivamente. 
 
INTRODUÇÃO 
No decorrer do dia é possível observar acontecimentos físicos que provocam a 
produção de calor como, a queima do combustível no forno e para a gerar trabalho; a 
queima de combustível em um motor [1]. Este fenômeno chamamos de termodinâmica 
que tem como propósito explorar essas trocas de energia com intenção de buscar medidas 
para que o método tenha melhor resultado [2]. Os princípios do funcionamento tanto das 
máquinas térmicas quanto dos refrigeradores estão diretamente relacionados com as leis 
fundamentais da termodinâmica, que são leis que regem o modo como o calor se trans- 
forma em trabalho e vice-versa. Essas leis fundamentais também regem o comportamento 
térmico dos corpos como a dilatação térmica, o decréscimo do volume por compressão, 
o aumento da temperatura pela absorção de calor [3]. 
A quantidade de calor que os corpos podem receber é uma propriedade 
termodinâmica fundamental. Alguns corpos podem receber muito calor e ter um 
acréscimo pequeno na temperatura. A variação de temperatura também pode ser nula, 
como acontece com um sistema composto por duas ou mais fases termodinâmicas em 
coexistência. Um exemplo trivial é o sistema constituído pela água em coexistência com 
o gelo. Se esse sistema receber calor, uma certa quantidade de gelo irá derreter passando 
para o estado líquido, mas a temperatura permanecerá inalterada. Quando um corpo 
quente é colocado em contato com um corpo frio, estabelece-se um fluxo de calor do 
primeiro para o segundo até o instante em que eles atingem uma situação em que o fluxo 
cessa. A partir desse instante os dois corpos estão em equilíbrio térmico. O equilíbrio 
térmico pode ser verificado por meio da medida da temperatura dos corpos. Se os dois 
corpos tiverem a mesma temperatura então eles se encontram em equilíbrio térmico. Se 
diversos corpos estiverem em contato térmico entre si, eles estarão em equilíbrio térmico 
se todos tiverem a mesma temperatura [3]. 
A calorimetria é uma técnica físico-química capaz de medir o efeito térmico e, 
consequentemente, a variação de entalpia associada a processos químicos, físicos ou 
bioquímicos que ocorrem num sistema de interesse [4]. Os calorímetros são classificados 
de acordo com as trocas térmicas. São considerados adiabáticos quando não há troca de 
calor entre a célula e o ambiente (fronteira adiabática); isotérmicos quando as trocas de 
calor entre a célula e o ambiente são intensas (fronteira diatérmica) e isoperibólico quando 
o ambiente está a uma temperatura constante e as trocas de calor entre as duas partes são 
pequenas [5]. 
Uma parte da calorimetria são os valores implicados nas reações químicas na qual 
não é muito valorizada, visto que muitas destas reações ocorrem perante as condições que 
estão fora do alcance das medidas calorimétricas diretas. O calor específico ou capacidade 
térmica mássica é uma grandeza física que está relacionada com a quantidade de calor 
recebida por um corpo e a sua variação térmica, ou seja, determinará a quantidade de 
calor necessária para aumentar a temperatura do elemento. A capacidade calorífica é a 
quantidade de calor que é necessário fornecer para elevar a temperatura de uma unidade, 
ou seja, a quantidade de energia fornecida ao corpo dividida pela grandeza da variação de 
temperatura. Portanto, torna-se primordial a identificar a capacidade no interior do 
calorímetro, viabilizando assim o cálculo da quantidade de calor que é liberado ou 
absorvido durante a reação [6]. 
Para que seja determinada a capacidade calorífica de um calorímetro é utilizado 
água, desta maneira o procedimento tem como objetivo averiguar os erros e 
reprodutibilidade do procedimento para a determinação do equivalente em água de um 
calorímetro. O equivalente em água de um corpo definimos como a massa da água que, 
ao receber a mesma quantidade de calor, sofre a mesma variação de temperatura. 
A determinação, dispõe-se do princípio de troca, principiando de duas massas de 
água destiladas iguais, com uma temperatura ambiente e a outra massa com temperatura 
de 10 °C acima da temperatura ambiente. 
O calor cedido pela água quente deve ser igual ao calor recebido pela água fria e 
pelo calorímetro. Para a mistura usa a equação: 
(1) 
Em que mH2Oq refere-se às massas de água (q) e fria (f), CH2O é o calor 
específico da água na temperatura adequada e W é o equivalente em água do calorímetro, 
|ΔTq| e |ΔTf| é a variação de temperatura da água quente e fria. 
 
PARTE EXPERIMENTAL 
- Materiais e reagentes: vide o roteiro da aula prática 2, pag. 6. 
- Procedimento: vide o roteiro da aula prática 2, pag. 6-7. 
 
RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 Foram tabelados os equivalentes de água para os volumes de 50 e 100 ml, ambas 
com variações de temperatura para +10°C e +20°C acima da temperatura ambiente. 
Foram observados a troca de calor entre a água quente e a água fria, onde atingiram o 
equilíbrio após alguns segundos sob leve agitamento. Utilizando a Equação 1, encontrou-
se o valor correspondente para determinados volumes e temperaturas. 
Os valores adquiridos da variação da temperatura em função do tempo para o volume 
de 50°C com variação de temperatura de +10°C, pode ser observado através da Tabela 1. 
O teste fora feito em duplicata para verificar se apresentaria alguma mudança na 
temperatura, porém, não houve 
Tabela 1 – Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água 
para 50 ml de água com +10°C acima da temperatura, onde t(s) é o tempo em segundos, Tf°C é a 
temperatura fria e Tq°C é a temperatura quente. 
 
Fonte: Os autores. 
 A partir dos dados coletados no primeiro teste, obteve-se a curva da temperatura 
em função do tempo, onde foi possível montar o gráfico para assim facilitar a observação 
e sua análise, conforme mostra a Figura 1. 
Figura 1 - Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 50mL com 10ºC acima 
da temperatura ambiente. 
 
Fonte: Os autores. 
 De acordo com o gráfico, temos que a variação total da temperatura fria (28°C) e 
temperatura quente (38°C), pode ser representada como sendo ∆𝑇 = 10°𝐶. Além disso, 
é possível observar que a Tf°C da água fria se manteve constante dentro do 
calorímetro, permanecendo sempre em 28°C, onde apresentou uma grande elevação 
após a adição de 50 ml de água quente, onde a Tf°C alcançou 38°C. 
ΔTq°
C 
ΔTf°C 
 Após alguns segundos após a adição da água quente na água fria dentro do 
calorímetro, observa-se que a temperatura diminuiu, atingindo o seu equilíbrio em 
31°C. 
 Conforme a Equação 1, calculou-se do equivalente (W) da água na mistura: 
(1)50𝑥7 = 𝑊𝑥3 + 50𝑥3 
350 = 3𝑊 + 150 
350 − 150 = 3𝑊 
200
3
= 𝑾 = 𝟔𝟔, 𝟔𝟔 𝒈. 
O mesmo procedimento fora feito para 50 ml de água com +20°C acima da 
temperatura ambiente, também em duplicata, onde os dados coletados podem ser 
observados de forma resumida através da Tabela 2. 
Tabela 2 – Resultados resumidos da amostra de 50 ml com a temperatura de +20°C acima da temperatura 
ambiente. 
 
Fonte: Os autores. 
 Houve uma pequena diferença de uma temperatura para outra. Tal diferença 
pode ser observada através da Figura 2 a seguir. 
 
 
 
 
 
Figura 2 - Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 50mL com 20ºC acima 
da temperatura ambiente em duplicata. Em vermelho, representa o primeiro teste, e em verde, o segundo 
teste. 
 
Fonte: Os autores. 
 Inicialmente, ambos os testes apresentaram um comportamento parecido um do 
outro, porém, após a adição da água quente, eles se divergiram. O valor de W fora 
calculado para os dois, conforme a Equação 1, adquirindo como resultado W = 25 g para 
o Teste 1, e W = 42,8 g para o Teste 2, com a média para os dois sendo de W = 33,9 g. 
 Tal diferença no valor de W para um teste idêntico, está relacionado a diferença 
entre o ΔTf°C e ΔTq°C, quanto mais próximos essas diferenças ficarem, mais baixo o W 
irá apresentar, de forma contrária, quanto mais for a diferença entre os dois, mais alto o 
valor de W apresentará. 
 O mesmo procedimento foi feito utilizando 100 ml, com a variação de temperatura 
para +10°C e +20°C, também com duplicata, porém, não houve alterações e os resultados 
foram os mesmos em cada um dos testes. Os resultados resumidos de podem ser 
observados através da Tabela 3. 
Tabela 3 – Tabela resumida com os valores encontrados para a amostra de 100 ml, com a variação de 
temperatura de +10°C e +20°C. 
 
Fonte: Os autores. 
ΔTf°C 
ΔTq°C 
Para facilitar a visualização, os gráficos dos resultados podem ser observados através da 
figura 3 e 4. 
Figura 3 - Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 100 mL com 10ºC acima 
da temperatura ambiente. 
 
Fonte: Os autores. 
Figura 4 – Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 100 mL com 20ºC 
acima da temperatura ambiente. 
 
Fonte: Os autores. 
 Os dois testes, utilizando temperaturas diferentes, apresentaram o mesmo 
comportamento, tanto na parte inicial, quanto na parte final, após a adição da água quente. 
Logo, utilizando a Equação 1, foi possível concluir que os dois apresentam o mesmo valor 
para W = 50 g, então, pode-se dizer que não houve uma diferença significativa em 
aumentar a temperatura para +10/20°C. 
 Para indicar que o calorímetro é eficaz, os valores de W têm que ser menores que 
os volume de água proposto para os testes. Contudo, seguindo esse critério, é possível 
ΔTq°C 
ΔTf°C 
ΔTq°C 
ΔTf°C 
concluir que o calorímetro se torna eficaz nas amostras de 50 ml com +20°C acima da 
temperatura ambiente, com a média de W = 33,9 g, e nas amostras de 100 ml com ambas 
as temperaturas acima da temperatura ambiente, com o W = 50 g. 
CONCLUSÃO 
 Por tanto, o experimento realizado buscou a determinação do equivalente em água 
(w) de um calorímetro utilizando alguns volumes em mL. O calorímetro se mostrou 
eficaz, e os resultados obtidos não foram próximos do esperado, contudo, estão na faixa 
aceitável estabelecida pelos limites dos volumes, em razão de que esses resultados 
apresentaram reprodutibilidade, ou seja, apresentaram precisão, com a exceção da 
duplicata de 50 mL (10 °C acima) que pode ser justificada através dos erros sistemáticos. 
REFERÊNCIAS 
1- ROCHA, J. A. L. 1 - Elementos de termodinâmica. SciELO Books. Salvador: 
EDUFBA, p. 37-46, 2010. 
2- TIPLER, P. A. Física 1. Rio de Janeiro:LTC,1976. 
3- DE OLIVEIRA, MÁRIO JOSÉ. Termodinâmica. Editora Livraria da Física, 2005. 
4- MILES, R. J.; BEEZER, A. E.; PERRY, B. F.; Thermal and Energetic Studies of 
Cellular Biological Systems, IOP Publishing LTD: Bristol, 1987, p. 106. 
5- J.A. SIMONI, R.A. JORGE, Química Nova, 13 (1990) 108-111. 
6- ATKINS, Peter. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio 
ambiente. 5 ed. – Porto Alegre: Bookman, 2012.