Relatório - Termoquímica: Calor de Combustão e calor de solidificação

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO 
CAMPUS SÃO JOSÉ DOS CAMPOS 
2015 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL DE QUÍMICA 
TERMOQUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANA GABRIELE DIAS IMPERE R.A. 104764 
MATHEUS GONÇALVES FONSECA R.A. 103234 
MATHEUS M. SANTOS VELLOSO R.A. 104113 
THALES MAZIEIRO SOARES R.A. 103246 
PROF°s Marli e Maraísa 
INTRODUÇÃO 
 
 Termoquímica é o ramo da termodinâmica que se concentra no estudo das relações 
térmicas e energéticas das reações químicas. Em termoquímica, se abordam conceitos 
como calor, entalpia, energia potencial e entropia. Conceitos estes que se relacionam 
através das leis da termodinâmica e têm crucial importância no desenvolvimento de 
máquinas térmicas e no estudo das reações e transformações químicas e físicas, como 
será demonstrado neste relato da prática realizada. 
 O conceito físico chave para esta prática experimental é o calor, que, basicamente, 
expressa a quantidade de energia transferida devido a uma variação de temperatura. Pode-
se expressar o calor “q” pela relação 𝑞 = ∆𝑈, em que “U” é a energia interna de um 
sistema, grandeza associada à capacidade deste de realizar trabalho. Nota-se então, a 
crucial relação entre calor, energia interna e a capacidade de realizar trabalho térmico. 
 Pode-se expressar o calor também em termos da massa, calor específico e variação 
de temperatura, o calor de combustão de uma vela e o calor de solidificação da parafina 
foram calculados desta forma, a partir de dados experimentais da massa e variações de 
temperatura. 
O calor transferido pode ser determinado em termos de massa, temperatura e calor 
específico pela equação 1.1 
𝑞 = 𝑚𝑐∆𝑇 
(eq. 1.1) 
 Calor específico “c” é uma grandeza física intensiva que determina a variação 
térmica de uma substância em função de uma variação de temperatura. É calculado com 
base em resultados experimentais de cada material e tabelado para fácil consulta de seu 
valor. 
 Serão apresentados os valores calculados para o calor de fusão da vela e de 
solidificação da parafina através de dados obtidos com simples calorímetros 
rudimentares. 
 
DESCRIÇÃO DOS MATERIAIS 
 
Nesta prática, fez-se uso de uma balança para pesagem, uma vela, uma lata vazia 
de leite em pó, onde foi fixada a vela, uma lata vazia de refrigerante, utilizada como um 
calorímetro básico, um termômetro, uma garra, e um suporte universal, para a fixação da 
lata de refrigerante. Para a determinação de calor de solidificação, fez-se uso de parafina, 
uma placa de aquecimento, um béquer de 250 mL, e um béquer de 50 mL. Além disso, 
foram usados um tubo de ensaio, no qual foi fundida a parafina e uma pinça de madeira, 
para manuseio do tubo. 
 
DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO 
Para a determinação do calor de combustão da vela, foi montado um calorímetro 
rudimentar. A vela foi queimada sob uma lata de refrigerante com água, e a partir da 
variação de temperatura observada, pode-se calcular o calor transferido pela relação de 
calor, massa e temperatura apresentada na introdução. 
A vela foi presa no interior da lata de leite em pó, e ambos foram pesados antes 
da queima. A massa do sistema vela+lata obtida antes da queima foi de 76,88 gramas. A 
lata de refrigerante também foi pesada e sua massa era de 12,34 g, adicionou-se água até 
aproximadamente a metade da lata e esta foi pesada novamente, a massa deste sistema 
era de 162,50 gramas. Com um termômetro, verificou-se a temperatura da água da lata e 
esta apresentava 20º C antes da queima. Foi montado o calorímetro com a seguinte 
disposição: a vela no interior da lata de leite em pó e no centro da mesma, a lata de leite 
em pó sobre a base do suporte universal, a garra fixada no suporte universal e 
suspendendo a lata de refrigerante, conforme indicado na figura 1.1 
 
Figura 1.1 – Disposição do calorímetro 
 Em seguida, a vela foi acesa e assim permaneceu por aproximadamente 5 minutos. 
Foi efetuada outra medição de temperatura da água da lata e obteve-se 36º C. O sistema 
lata de leite+vela foi pesado novamente e a massa obtida foi de 77,43 gramas. As massas 
e temperaturas obtidas neste experimento e o conhecimento do calor específico do 
alumínio da lata já bastam para o cálculo do calor transferido que será aproximadamente 
igual ao calor de combustão desta vela, levando em conta que ocorreram “perdas” desta 
energia calorífica para o ambiente. 
 Para a determinação do calor solidificação, seguem os passos: Um béquer de 50 
mL foi pesado vazio e o mesmo apresentava 33,42 gramas de massa. Aproximadamente 
30 mL de água foi colocada neste béquer e então este foi pesado novamente, apresentando 
desta vez 64,23 gramas de massa com a adição da água. A água teve sua temperatura 
medida e apresentou o valor de 20ºC. A parafina foi fundida em um tubo de ensaio de 
6,42 gramas de massa, cerca de 1,50 gramas de parafina em flocos foi colocada no tubo 
e este sistema foi pesado, a massa total foi de 7,93 gramas. Em seguida, um béquer de 
250 mL foi preenchido até o volume aproximado de 150 mL. Este béquer foi posto em 
contato com a placa de aquecimento. Com uma pinça de madeira, o tubo de ensaio 
contendo a parafina foi suspenso, estando este preso na pinça e esta apoiada nas bordas 
do béquer de 250 mL. A placa de aquecimento foi ligada, a água do béquer foi aquecida 
e, por condução, a parafina também foi, e desta forma foi possível a sua fusão. Logo após 
a fusão completa da parafina, o tubo contendo a mesma foi inserido no béquer de 50 mL, 
e este serviu como calorímetro. A água foi agitada com um termômetro e sua temperatura 
máxima foi medida. Esta foi de 24º C. 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
 Para determinar o calor de combustão da vela, basta calcular, por meio da relação 
descrita na equação 1.1, a soma dos calores da água e da lata, pois ambos absorveram o 
calor proveniente da reação de combustão dessa vela. A massa de água na lata de 
refrigerante era de 150,16 gramas, o calor específico da água é de 1 cal/g.°C, e a variação 
de temperatura em função da transferência de calor foi de 16º C. A massa da lata era de 
12,34 gramas, e seu calor específico é de 0,10 cal/g.°C, a variação de temperatura foi a 
mesma que para a água, portanto, 16º C. O calor cedido pela vela será igual à soma dos 
calores absorvidos, de acordo com a equação 1.2, 1.3, e 1.4 temos: 
𝑄á𝑔𝑢𝑎 + 𝑄𝑙𝑎𝑡𝑎 = 𝑄𝑣𝑒𝑙𝑎 
(eq. 1.2) 
 
(𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 × 𝑐𝑎𝑔𝑢𝑎 × ∆𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎) + (𝑚𝑙𝑎𝑡𝑎 × 𝑐𝑙𝑎𝑡𝑎 × ∆𝑇𝑙𝑎𝑡𝑎) = 𝑄𝑣𝑒𝑙𝑎 
(eq. 1.3) 
 
(150,15 × 1 × 16) + (12,34 × 0,10 × 16) = 2422,30 𝑐𝑎𝑙 
(eq. 1.4) 
 
 O calor que a vela transferiu foi de 2422,30 cal, seu calor de combustão é portanto, 
a razão deste valor pela quantidade de massa que efetivamente participou para a produção 
desta energia, que corresponde à massa perdida pela vela após a queima, massa, esta, 
igual a 0,45 gramas. Conclui-se então que o calor de combustão da parafina, composto 
que constitui a vela, é de 5382,90 cal/g. 
A diminuição da massa da vela é devido a reação de combustão que ocorre na 
queima da parafina, formando Gás Carbônico (CO2) e Água (H2O), ou seja, uma 
transformação química. Transformação que é representada pela equação 1.5. 
 
𝐶25𝐻52 + 38 𝑂2 → 25 𝐶𝑂2 + 26 𝐻2𝑂 
 
(eq. 1.5) 
 Para a determinação do calor de solidificação da parafina, processo este que se 
difere da combustão pela natureza da reação, sendo a combustão uma reação química e a 
solidificação um processo físico de mudança de fase, executou-se procedimentos 
análogos a estes demonstrados para determinar o calor de combustão. O calor de 
solidificaçãoda parafina será equivalente ao calor que a mesma transfere para o 
calorímetro, ou seja, para a água e para o béquer. A massa dos aproximadamente 30 mL 
de água no béquer era de 30,81 gramas, a variação de temperatura em virtude da 
transferência de calor foi de 4º C. A massa do béquer era de 33,43, a variação de 
temperatura foi de 4º C e o calor específico do vidro do béquer era de 0,16 cal/gºC. A 
equação 1.6 apresenta então o valor do calor transferido da parafina fundida ao 
calorímetro. 
(30,81 × 1 × 4) + (33,42 × 0,16 × 4) = 144,62 𝑐𝑎𝑙 
 O valor do calor de solidificação por grama de parafina é de 95,77 cal/g. 
Considerando a massa de 1,51 gramas de parafina que foram responsáveis pela 
transferência de energia. 
Com os dados experimentais coletados, e aplicando a relação denotada na equação 
1.1, obteve-se um calor de combustão de 5382,90 cal/g e um calor de solidificação de 
95,77 cal/g. 
 
CONCLUSÃO 
 
 É de se destacar que os valores obtidos são passíveis de um determinado desvio 
uma vez que os calorímetros improvisados são extremamente rudimentares e as perdas 
para o ambiente são óbvias. Estes dados, porém, são de bom tamanho para de informar a 
ordem de grandeza e até mesmo para dar uma noção quantitativa do calor com que se lida 
nestas situações. 
 
REFERÊNCIAS 
 
 ATKINS, P., JONES, L. Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio 
Ambiente. Páginas 308, 309