RELATÓRIO FISICOQUIMICA CALORÍMETRO

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão
Acadêmicas: 
Curso: Licenciatura Plena em Química 6º Período
Disciplina: Físico-Química Experimental I
Professor: 
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA:
CONSTRUÇÃO DE UM CALORÍMETRO
2016
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO.....................................................................................................................3
2. OBJETIVO............................................................................................................................4
3. PARTE EXPERIMENTAL.................................................................................................5
3.1. Materiais e Reagentes..........................................................................................................5
3.2. Procedimentos experimentais..............................................................................................5
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES........................................................................................7
5. CONCLUSÃO.....................................................................................................................11
 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................12
 Apêndice I............................................................................................................................13
INTRODUÇÃO
O calorímetro é um instrumento utilizado para medir a quantidade de calor, fazer análises das trocas de calor que acontecem entre dois corpos localizados em seu interior, e ainda determinar o calor específico de determinado elemento, que pode ser, por exemplo, o Ferro. Esse equipamento é muito utilizado nos laboratórios de ensino quando se deseja realizar as análises citadas anteriormente. Ele pode ser comprado, como também confeccionado.
Para medir as entalpias de reação, empregam-se geralmente, calorímetros que consistem usualmente de uma câmara de reação, a qual contém um termômetro e um agitador. Os calorímetros são projetados para manter a transferência de calor entre o interior e as vizinhanças ao mínimo valor absoluto.
A determinação da capacidade calorífica de um calorímetro é feita utilizando-se água. O calor cedido/ganho pela água deve ser igual ao calor ganho/cedido pelo calorímetro, isto é:
Qcal = - Qágua
qágua = m.c.∆T (calor absorvido/liberado pela água)
Sendo, qcal= C. ∆T(calor liberado/absorvido pelo calorímetro);
		 C = capacidade calorífica do calorímetro;
		 ∆T = variação de temperatura;
 m = massa da água.
		
OBJETIVOS
Geral
Construção de um calorímetro caseiro.
Específicos
Mediar a capacidade térmica de um calorímetro e descobrir o calor específico do Ferro.
PARTE EXPERIMENTAL
Materiais e reagentes
3
Isopor;
Recipiente de metal;
Béquer;
Termômetro;
Balança;
Chapa Aquecedora;
Estufa;
Garra metálica;
Suporte universal;
Pinça metálica;
Luva Térmica;
Água destilada;
Ferro metálico;
Procedimentos experimentais
Foi montado o calorímetro artesanalmente, utilizando um isopor cilíndrico no tamanho de uma lata de refrigerantes de aproximadamente 390 ml, assim como foi utilizada na construção deste calorímetro, com um pequeno orifício na parte superior para onde se acoplou um termômetro com conexão direta ao interior do calorímetro. 
3.2.1 Medindo a capacidade térmica do calorímetro
Primeiramente mediu-se a temperatura do calorímetro vazio, e a da água, que funcionou como substância básica para determinação da capacidade térmica do dispositivo montado; Logo em seguido preencheu-se todo o volume do calorímetro e esperou-se aproximadamente 5 minutos para que o sistema atingisse o equilíbrio térmico.
Feito isso se mediu novamente a temperatura do sistema calorímetro/água e se pesou novamente o calorímetro cheio e vazio para aplicação direta na fórmula da capacidade térmica já exposta.
3.2.2 Medindo o calor específico do Ferro
Incialmente colocou-se uma determinada massa de água no calorímetro e pesou-se mesmo cheio para logo após se determinar a massa de água pela diferença de massas (cheio-vazio), consonantemente medindo também a temperatura da água. Previamente se colocou uma amostra de ferro para pré-aquecimento na estufa registrando a sua temperatura. Logo após foi adicionada a amostra de ferro metálico ainda aquecido e aguardou-se o sistema atingir o equilíbrio térmico novamente (calorímetro/água/ferro). Após de atingir o equilíbrio térmico se retirou a amostra de ferro e levou-se o mesmo à balança para determinação de sua massa. De posse dessas informações experimentais.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Calorímetro Alternativo
A prática aqui realizada teve como enfoque principal a determinação de calores específicos de materiais, por meio da ferramenta calorímetro, porém, a mesma foi uma pouco mais além nessa união entre teoria e prática com a construção de um calorímetro com materiais alternativos que, sem dúvidas antes estariam fadados poluírem o meio ambiente. Além do enfoque lúdico dos passos de construção de um calorímetro, há também uma significativa importância ambiental em tempos atuais onde os temas meio ambiente e reciclagem são tão debatidos. Os materiais básicos para obtenção do calorímetro foram um pedaço de isopor pequeno e uma lata de refrigerantes de aproximadamente 380 ml, conforme podemos conferir na figura 01, onde foi acoplado um termômetro de mercúrio comum.
Figura 01: Calorímetro de material alternativo
Determinação da Capacidade térmica do Calorímetro
A determinação da capacidade térmica do calorímetro vai nos dar um parâmetro de utilização do mesmo em variados materiais. Aqui nessa prática foi utilizada agua destilada como substância comparativa, tendo-se em vista ideia central que a capacidade calorifica do dispositivo vai depender do material que o compõem, consequentemente a faixa de aplicabilidade do mesmo. Incialmente mediu-se a temperatura inicial do calorímetro, 26 º C, antes que se adicionasse a água destilada na temperatura de ebulição, conforme figura 02 abaixo.
Figura 02: Chapa aquecedora com água destilada ao lado do calorímetro alternativo.
A água destilada foi adicionada ao calorímetro à uma temperatura de 90º C, e aguardou-se cerca de 5 minutos até que o sistema atingisse o equilíbrio térmico, que foi registrado uma temperatura de equilíbrio de 72º C, como de acordo com o princípio zero da termodinâmica que dois corpos em temperaturas diferentes tendem a alcançar o equilíbrio térmico. Tendo assim o calor – energia térmica, um caminho definido, do corpo com temperatura mais alta para o corpo com temperatura mais baixa. Após o equilíbrio do sistema do água-calorímetro foi medida a massa do mesmo encontrando-se um valor de 98,85 g cheio e 42,26 g vazio, esse passo e de extrema importância, pois, cada material tem um calor específicoque depende da natureza da substância que o compõem, portanto, diferentes quantidades das mesmas substâncias têm calores específicos iguais. A massa da água ode ser determinada pela diferença das suas massas do calorímetro cheio menos a massa do calorímetro vazio, encontrando assim um resultado de 56,59 g.
 Por fim ao se calcular a capacidade térmica do calorímetro, que é a quantidade dada em calorias que o dispositivo pode absorver de energia térmica “calor” por unidade de aumento de temperatura das escalas, sejam elas Celsius, Kelvin ou Fahrenheit. Encontramos aqui um valor aproximado de 14,147 cal/º C, estando assim de acordo com as quantidades de substância utilizadas e sua capacidade térmica padrão, vide Apêndice I, com os passos do cálculo do resultado aqui dado.
Determinação do calor específico do Ferro sólido
Na determinação do calor específico do Ferro sólido, foi adicionado ao calorímetro uma quantidade qualquer de água de água destilada
na temperatura comum, sem que se preenchesse todo o volume do dispositivo, e logo após mediu-se a massa do calorímetro com água onde ficou registrado o valor de 167,23 g. De posse desse dado conseguimos determinar quanto de água em massa foi colocado no calorímetro pela diferença de massas, calorímetro cheio/vazio, estabelecendo-se assim uma valor de 127,97 g de água que se adicionou no mesmo. Nesse passo também foi medida a temperatura do sistema calorímetro/água, onde se encontrou o valor de 26 º C. Logo em seguida ao sistema calorímetro/água foi adicionado uma amostra de Ferro sólido, coletado de uma siderúrgica da região onde o mesmo é conhecido como Gusa Aciaria, pré-aquecido à uma temperatura de 113º C.
Assim, o sistema composto calorímetro/água/ferro, após 5 minutos atingiu o equilíbrio térmico na temperatura de 40º C, retirando-se a amostra de ferro e medindo sua massa encontrou-se 144,94 g, sendo esse valor de importância maior para a determinação do calor específico que se deseja constatar para o ferro, ao passo que o calor específico depende somente da substância em questão em função da variação de temperatura por ela sofrida. Todos esses passos de trocas calorimétricas estão de acordo com o princípio fundamental da termodinâmica de equilíbrio térmico e a primeira lei da calorimetria, que objetos com temperaturas diferentes estando em um sistema isolado, as somadas trocas de calor vai ser igual a zero, estando de acordo com o enunciado de Clausius:“ A energia do universo é uma constante”, ou seja as trocas térmicas são compensadas por percas térmicas em um sistema isolado e admitindo-se que um sistema composto de n corpos e o universo como o todo, sua energia torna-se assim constante. De posse desse arcabouço teórico encontramos o calor Específico do Ferro aqui analisado, 0,1880 cal/g pela expressão da 1 ª Lei da Calorimetria, vide apêndice I.
O valor aqui encontrado difere em termos de 40% do valor encontrado na literatura para o Ferro sólido puro que é de 0,110 cal/g. Tal diferença pode estar associado ao grau de isolamento do calorímetro aqui utilizado, como também do grau de pureza do Ferro analisado, sabendo-se que o Gusa Aciaria não é composto 100% de Fe, tendo em sua composição outras substâncias como Mn, S, C, P e Si, componentes esse que podem ajudar na variação aqui constatada. Porém, mesmo assim é uma boa aproximação para o valor real encontrado na literatura, servindo assim de uma boa alternativa prática para tais assuntos de calorimetria esse tipo de calorímetro “caseiro”.
CONCLUSÃO
Com base na teoria estudada, podemos concluir que o uso do calorímetro em práticas de físico-química torna-se uma boa alternativa na comprovação prática de conceitos simples de termodinâmica, mas que as vezes necessitam de um leve grau de abstração para que se tenha um bom entendimento. Aqui vimos que materiais alternativos, que antes teria uma destinação inadequada, tornam-se ferramentas analíticas poderosas e de fácil acesso a qualquer pessoa podendo mesmo até em séries iniciais da educação básica tornar a relação teoria-prática cada vez mais intuitiva e próxima uma da outra. Assim por uma via de fácil acesso os conceitos de troca de calor e o 1º princípio da termodinâmica.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CASTELLAN, Gilbert William. Fundamentos de físico-química. Rio de Janeiro, RJ: LTC, c1986. xx, 527 p. ISBN 9788521604891.
Apêndice I	
Cálculo da Capacidade Térmica do Calorímetro 
CT x ΔTCal + MH2O x CTH2O xΔTH2O = 0 
(CT x ΔTCal) +( MH2O x CTH2O x xΔTH2O) = 0 
(CT X 72 ºC) + [56,59 g x 1 cal/g.ºC x (-18 ºC)] = 0
(CT x 72 ºC) + (-1018,62 Cal) = 0
CT =
CT = 14,147 Cal/ ºC
Cálculo do Calor Específico do Ferro
(CCal x ΔTCal) + ( MH2O x CH2O x ΔTH2O) + (MFe x CFe x xΔTFe) = 0 
(14,14 Cal/ ºC x 14 ºC) + (127,97 x 1 Cal/ g. ºC x 14 ºC) + (144,94 x CF x (-73 ºC) = 0
(147,96 Cal) + (1791,58 Cal/ ºC) – (10580,62 CF) = 0
CF = -197,96 – 1791,58 Cal/ ºC ÷ (-10580,62 ºC.g)
CF= 0,1880 Cal/g ≅ 41% Calor teórico
 
Em um calorímetro a ΣQ=0