RELATÓRIO CALORIMETRIA

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
CALORIMETRIA 
 
 
 
THAUANNA OLIVEIRA ANDRADE (201311199) 
HEMERSON DANTAS DOS SANTOS (201210945) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ILHÉUS-BAHIA 
2014 
THAUANNA OLIVEIRA ANDRADE (201311199) 
HEMERSON DANTAS DOS SANTOS (201210945) 
 
 
 
 
 
CALORIMETRIA 
 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado como parte dos 
critérios de avaliação da disciplina 
CET833 – FÍSICA EXPERIMENTAL 
II. Turma P06. Dia de execução do 
experimento: 19/10/2014. 
 
Professor:Fermin Garcia 
Velasco 
 
 
 
 
 
ILHÉUS-BAHIA 
2014 
1 RESUMO 
 
Neste experimento, uma massa “m” de água é colocada em um balão, em seguida, 
outra massa “m” de água é inserida em um calorímetro, todos inicialmente em 
temperatura ambiente. Posteriormente uma porção de água com massa e temperatura 
conhecida, contida no balão foi aquecida, sendo a temperatura próxima dos 45 °. Tais 
temperaturas foram obtidas aquecendo, e a água em temperatura ambiente do balão. 
Introduzindo a massa de água quente e esperando o equilíbrio térmico. Após alguns 
minutos é observada a temperatura do calorímetro e anotado os valores de todos estes 
componentes em uma tabela. Com estes dados, são descobertos os valores de Calor 
Específico e Quantidade de calor de cada componente do experimento, da água fria, da 
água quente e do próprio calorímetro. 
 
2 INTRODUÇÃO 
Quando o calor flui para dentro ou para fora de uma substância, a temperatura da 
substância varia. Experimentalmente, pode-se determinar o fluxo de calor associado a 
uma reação química medindo a variação de temperatura produzida. A medida do fluxo 
de calor é a calorimetria; o aparelho utilizado para medir o fluxo de calor chama se 
calorímetro, que é feito de um material isolante (geralmente isopor) para impedir a 
troca de calor de uma substância com o meio. O estudo sobre calorimetria depende da 
compreensão do conceito de calor específico (c), que é definido como a quantidade de 
calor necessária para elevar de um grau Celsius a temperatura de um grama da 
substância. 
 Termoquímica diz respeito às mudanças de energia manifestadas como “calor de 
transformação” (calor de formação, de combustão, de vaporização, de fusão, de 
dissolução, de neutralização, de reação etc.). As medidas são geralmente efetuadas a 
pressão constante (pressão da atmosférica), e a energia assim medida é chamada de 
entalpia da transformação e representa-se como ∆H. Uma reação na qual o calor é 
perdido pelos reagentes para o meio ambiente (a temperatura da mistura de reação 
aumenta quando reage) é dita exotérmica, onde ∆H é negativo; aquela em que o calor é 
absorvido (a temperatura da mistura de reação diminui quando reage) é chamada de 
endotérmica e o ∆H é positivo. O trabalho executado contra uma força externa, como 
pressão atmosférica, também deve ser considerado. 
 A capacidade térmica do calorímetro é determinada através da mistura no 
calorímetro da água fria (à temperatura tf) com água quente (à temperatura tq), e 
medindo sua temperatura resultante (tr), assim temos a equação 1 que é a quantidade de 
calor perdido da água quente: 
 
 Qperdido = mc∆t = g×1,00 
𝑐𝑎𝑙
𝑔׺C
×(tq - tr) (1) 
 
 
E para determinar a quantidade ganha pela água fria utiliza-se a equação 2 abaixo: 
 
 Qganho = mc∆t = g×1,00 
𝑐𝑎𝑙
𝑔׺C
×(tr – tf) (2) 
 
 Os dois calores não serão iguais, pois uma parte do calor perdido pela água 
quente foi usada para aquecer o calorímetro à temperatura tr. Assim teremos a equação3: 
 
 
 Qperdido - Qganho = C∆t = C(tr – tf) (3) 
 
 Ao saber do Qperdido, Qganho, tr e tf , pode-se calcular a capacidade térmica C do 
calorímetro (em cal/ºC). 
 Para medir os valores de ∆H na reação de neutralização de um ácido e uma base, 
é a diferença ǀt2 – t1ǀ = ǀ∆tǀ, e deve ser considerada, nos cálculos apenas em módulo (em 
valor absoluto, sem considerar o sinal). A equação 4 mostra como calcula-se o calor 
gerado na reação, assim temos: 
 
 ∆H = ǀ∆Qǀ = mcǀ∆tǀ + Cǀ∆tǀ (4) 
 
Neste ponto, ∆H é o calor gerado por mol de produto ou de reagente, conforme a 
reação, lembrando que mcǀ∆tǀ = solução e Cǀ∆tǀ = calorímetro. (CONSTANTINO, 
2004). 
 O primeiro princípio da termodinâmica não impõe nenhuma restrição da 
conversão da energia de uma forma para outra, ele simplesmente requer que a 
quantidade total de energia seja a mesma antes e depois da conversão. 
 É sempre possível converter qualquer tipo de energia numa quantidade 
equivalente de energia térmica. Todos os tipos de energia podem ser completamente 
transformados em energia térmica manifestada por um aumento na temperatura de 
algum corpo, usualmente água. A quantidade de energia envolvida pode ser medida 
anotando-se o aumento de temperatura de uma massa conhecida de água. 
(CASTELLAN, 2003). 
 As transformações de energia como calor são medidas com um calorímetro, um 
dispositivo no qual transferências de energia como calor são monitoradas observando-se 
mudanças na temperatura. Em calorimetria, as vizinhanças são consideradas como parte 
do conjunto calorímetro – o recipiente, seu conteúdo. 
 Se a reação é exotérmica, a energia transferida como calor ao calorímetro resulta 
em um aumento de temperatura, ∆T. O, aumento de temperatura é proporcional á 
energia transferida, e a constante de proporcionalidade é chamada de capacidade 
calorífica do calorímetro, Ccal . 
 A capacidade calorífica nos diz quanto calor é absorvido por grau Celsius de 
aumento da temperatura. Sua importância em calorimetria é que permite-nos determinar 
a quantidade de energia transferida a partir da variação de temperatura, que é facilmente 
mensurável. A capacidade calorífica de um calorímetro é uma quantidade empírica e é a 
medida em um experimento diferente. ( ATKINS, 2001). 
 
3 OBJETIVO 
 
Este experimento teve como objetivo as variações de temperatura de duas porções 
de água no interior de um calorímetro, porém as mesmas com temperaturas diferentes. 
 
4 METODOLOGIA 
 
a) Obteve-se, com uma balança, a massa do copo de alumínio interno ao 
calorímetro; 
b) O copo de alumínio foi tarado na balança e em seguida adicionou-se água até 
menos da metade de seu volume e registrado a sua massa. 
c) Colocou-se o termômetro no interior do calorímetro e registrou-se a 
temperatura desta porção de água; 
d) Mediu-se a massa de água utilizando o mesmo processo do item (b) e 
adicionou esta porção de água ao balão de vidro; 
e) Aqueceu o balão de vidro, utilizando uma fonte de calor (mante aquecedora) 
até uma temperatura próximaà 40 ºC. Usouum termômetro para verificar a temperatura 
dessa porção de água; 
f) Colocou a água aquecida no interior do calorímetro, tampou-o e introduziu o 
termômetro no orifício da tampa. Anotou a temperatura inicial da mistura; 
g) Agitou levemente a mistura por no máximo 2 minutos. Para amenizar a perda 
de calor para o ambiente; 
h) Anotou a temperatura da mistura a cada dois minutos; 
i) Determinou a temperatura de equilíbrio do sistema; 
 
Para o cálculo das médias usou (eq. 05): 
 (eq. 05) 
Os desvios padrões médio foram obtidos aplicando (eq. 06): 
 (eq. 06) 
Na qual σ se refere ao desvio padrão 
 . 
As incertezas foram então obtidas aplicando as equações 07 e 08 característico 
da cada caso: 
Para; 
 aplicou-se, (eq. 07); 
Para 
 aplicou-se, (eq. 08). 
 
 
5 RESULTADO E DISCUSSÃO 
 
As característicasdos materiais utilizados no experimento são mostrados na 
tabela 1, os valores das incertezas instrumentais dos respectivos equipamentos também 
são apresentadas. 
Tabela 1 - Características dos materiais com suas respectivas incertezas instrumentais 
Material Massa Temperatura 
Copo de alumínio (29,5±0,01)g (24,1±0,01)°C 
Água no copo de alumínio (70,3±0,01)g (24,1±0,01)°C 
Água no Balão de vidro (81,3±0,01)g (40,0±0,01)°C 
Termômetro (±0,01)g 
Balança (±0,01)°C 
Cronômetro (±0,0001)s 
 
O registro do decaimento da temperatura no decorrer do tempo com intervalo de 
dois minutos estão expressos na tabela 2. Um gráfico - figura 1 - foi gerado para melhor 
visualizar o decréscimo de temperatura. 
 
 
 
Tabela 2 - Registro do decaimento da temperatura em função do tempo 
Tempo (±0,001)°C 
0 40.0 
2 39.0 
4 39.0 
6 39.0 
8 39.0 
10 37.6 
12 37.5 
14 37.3 
16 36.5 
18 36.5 
20 36.3 
22 36.3 
24 36.3 
26 36.3 
28 36.3 
30 36.0 
32 36.0 
34 35.9 
36 35.7 
38 35.7 
40 35.5 
42 35.3 
44 35.3 
46 35.0 
48 35.0 
 
A tabela 3 seguinte traz os resultados referente acapacidade térmica dos corpos 
absorvedores de energia do sistema (copo de alumínio (Qal) e água fria (Qac)) e a energia 
Qac perdida para o sistema. Para o cálculo das energias Q aplicou-se a equação 3 nos 
dados da tabela (1, 2) e considerando que para o alumínio e a água o calor específico 
são (0,90±0,01) J/g.ºC e (4,18±0,01) J/g.ºC respectivamente. Os valores de incerteza 
foram calculados para Qab, Qac e Qal aplicando a equação 08 e para a soma Qab+Qac+Qal 
aplicou-se a equação 07, os dados tratados foram referentes à tabela 1. 
 
Tabela 3 - Energias envolvidas no sistema. 
Qab+Qac+Qal Qab Qac Qal °C(±0,01) 
-2.4±0,04 -13.6±0,03 10.3±0,02 0.9±0,01 40.0 
-2.0±0,04 -13.3±0,03 10.3±0,02 0.9±0,01 39.0 
-1.9±0,04 -13.3±0,03 10.4±0,03 0.9±0,01 39.0 
34.7
35.7
36.7
37.7
38.7
39.7
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
Te
m
p
e
ra
tu
ra
 (
°C
)
Tempo (min)
Decaimento do calor
Figura 1 - Decaimento da temperatura em função do tempo 
Região de equilíbrio 
-1.9±0,04 -13.3±0,03 10.4±0,03 0.9±0,01 39.0 
-1.9±0,04 -13.3±0,03 10.4±0,03 0.9±0,01 39.0 
-1.3±0,04 -12.8±0,03 10.5±0,03 0.9±0,01 37.6 
-1.3±0,04 -12.7±0,03 10.5±0,03 0.9±0,01 37.5 
-1.2±0,04 -12.7±0,03 10.5±0,03 1.0±0,01 37.3 
-0.9±0,04 -12.4±0,03 10.6±0,03 1.0±0,01 36.5 
-0.9±0,04 -12.4±0,03 10.6±0,03 1.0±0,01 36.5 
-0.7±0,04 -12.3±0,03 10.7±0,03 1.0±0,01 36.3 
-0.7±0,04 -12.3±0,03 10.7±0,03 1.0±0,01 36.3 
-0.7±0,04 -12.3±0,03 10.7±0,03 1.0±0,01 36.3 
-0.7±0,04 -12.3±0,03 10.7±0,03 1.0±0,01 36.3 
-0.7±0,04 -12.3±0,03 10.7±0,03 1.0±0,01 36.3 
-0.5±0,04 -12.2±0,03 10.7±0,03 1.0±0,01 36.0 
-0.5±0,04 -12.2±0,03 10.7±0,03 1.0±0,01 36.0 
-0.2±0,04 -12.2±0,03 11.0±0,03 1.0±0,01 35.9 
-0.1±0,04 -12.1±0,03 11.0±0,03 1.0±0,01 35.7 
-0.1±0,04 -12.1±0,03 11.0±0,03 1.0±0,01 35.7 
0.4±0,04 -12.1±0,03 11.5±0,03 1.0±0,01 35.5 
0.5±0,04 -12.0±0,03 11.5±0,03 1.0±0,01 35.3 
0.5±0,04 -12.0±0,03 11.5±0,03 1.0±0,01 35.3 
0.6±0,04 -11.9±0,03 11.5±0,03 1.0±0,01 35.0 
0.9±0,04 -11.9±0,03 11.8±0,03 1.1±0,01 35.0 
 
Nota-se na tabela que a soma das energias se iguala a zero entre as temperaturas 
35.7 e 35.5°C. Podemos associar a tendência linear entre essas temperatura no gráfico 
de temperatura em função do tempo apresentado na figura 1. 
Podemos encontrar o valor da temperatura de equilíbrio quando Qab+Qac+Qal = 0, 
então se isolarmos a variável de temperatura final obtemos a equação 09 abaixo: 
𝑡𝑓=
𝑚𝑎𝑐𝑎𝑡𝑖+𝑚𝑏𝑐𝑎𝑡𝑖𝑏+𝑚𝑐𝑐𝑐𝑡𝑖
𝑚𝑎𝑐𝑎+𝑚𝑏𝑐𝑎+𝑚𝑐𝑐𝑐
 Eq. (09) 
Onde ma é massa da água no copo, ca é calor específico da água, mb é massa da 
água no balão, mc é massa do copo de alumínio, cc calor específico do alumínio, tt é a 
temperatura inicial (ambiente) e tib é a temperatura inicial da água no balão. O valor 
calculado para a temperatura no equilíbrio foi de 32,7°C, observa-se que o valor teórico 
não se distancia muito da aproximação encontrada no experimento. 
 
 
 
6 CONCLUSÃO 
 
O valor esperado para a soma das energias envolvidas em um sistema isolado ao 
atingir o equilíbrio deve ser igual a zero. Os resultados experimentais das somas nos 
experimentos diferem bastante do esperado. A justificativa para tais discrepâncias é que 
o modelo de calorímetro utilizado no experimento acompanha inevitáveis incertezas 
associadas, as quais refletem nos cálculos experimentais. 
Dentre as peças do calorímetro que influenciam o resultado está uma peça 
utilizada para misturar a água no interior. Este acessório é aparentemente feito de 
“metal”. 
O isopor também é uma justificativa para o resultado diferente de zero. Pois, 
através da condução térmica, o isopor também participa da troca de calor no sistema. 
 A partir dos resultados obtidos, percebe-se que o calorímetro não é muito eficaz. 
Portanto, é necessário que o instrumento não possua peças no seu interior para que o 
valor da soma das energias térmicas absorvidas e perdidas seja igual a zero. 
 
7 REFERÊNCIA 
 
1- RESNICK, Roberto; HALLIDAY, David; WALKER, Jearl. Fundamentos de 
Física: A primeira lei da termodinâmica. 8º Edição. Rio de Janeiro: LTC – 
Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2009. Volume 2. 
2- ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e 
o meio ambiente. Editora Bookman: Porto Alegre, 2001. 
3- BROWN, T.L.; LEMAY, H.E.; BURSTEN, B.E. Química, a ciência central. 
Editora Pearson, 2003. 
4- CASTELLAN, Gilbert William. Fundamentos de fisico-quimica. Rio de Janeiro: 
LTC, 2003. 527p. 
5- CONSTANTINO, Mauricio Gomes, Gil Valdo José da Silva e Paulo Marcos 
Donate. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2004. 
(Acadêmica;53).