Relatório CALORIMETRIA (Pronto)

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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE – UNESC
CURSO DE ENGENHARIA DA PRODUÇÃO
CRISTIANO PORTO FLORÊNCIO
DIEGO DOS SANTOS VICENTIN
MARIANA COAN SALVARO
NILSON MARTINS DA SILVA
CALORIMETRIA
CRICIÚMA 
2017
CRISTIANO PORTO FLORÊNCIO
DIEGO DOS SANTOS VICENTIN
MARIANA COAN SALVARO
NILSON MARTINS DA SILVA
CALORIMETRIA
Relatório apresentado à disciplina Química Experimental II do curso de Engª de Produção - Unesc
Professor: Emerson Colonetti
CRICIÚMA 
2017
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
No experimento que será executado no laboratório de química, aprenderemos a calibrar o termômetro, medir a capacidade térmica do calorímetro, determinar o calor envolvido na reação química de neutralização total do hidróxido de sódio com o ácido clorídrico e o calor molar da dissolução.
OBJETIVO
Calibrar um termômetro e medir a capacidade térmica do calorímetro, através de leituras de temperaturas feitas em amostras de água antes e depois de adicionadas no calorímetro.
REFERENCIAL TEÓRICO
CALOR E CALORIMETRIA
Ao se estudar calorimetria, é necessário entender e conceituar “calor”, fisicamente calor é a transferência de energia térmica entre corpos com temperaturas diferentes. Logo calorimetria é a ciência que estuda esse calor. Para um melhor entendimento a respeito do que será tratado neste experimento, começamos explicando o que é calor. (CAVALCANTE, 2013)
Segundo Vogel et al (1998), “calor é o movimento desordenado das moléculas”. Ou segundo Cavalcante (2013) “o calor é a energia térmica transferida entre dois corpos que estão a temperaturas diferentes”. O calor é uma das principais características de uma reação. Cada reação possui sua própria entalpia, ou seja, seu próprio calor de reação. Calor de reação ou energia de reação é a energia térmica liberada ou absorvida numa reação. De modo à medir a diferença de energia entre os reagentes e os produtos, desde que as substancias iniciais e finais estejam à mesma temperatura e pressão.
De acordo com Brady (1981), a maioria das reações químicas se efetiva ao estabelecer uma variação de energia, usualmente efetivando-se em meios de trabalho ou calor. A energia térmica, correlacionada ao transferimento de calor, de uma substância é difundida a partir dos movimentos de seus átomos e moléculas. A análise quantitativa das mudanças térmicas que seguem as reações químicas é realizada pela termoquímica. 
Podemos referir temperatura como uma propriedade que determina se a energia térmica pode ser transferida de um corpo para outro, juntamente com o sentido de tal transferência. Ao modo que calor é a energia transferida de um objeto de maior temperadora, para outro de menor, normalmente do corpo de maior temperatura para o de menor. Enclausurando dois corpos com temperaturas distintas realizando contato entre ambos temos o que denominamos de transferência de calor, até que estes corpos atinjam o equilíbrio térmico. (KOTZ,2009)
De acordo com Brady (1981), temos que o calor liberado ou absorvido por um sistema que sofreu uma reação química pode ser mensurado por utensílios chamados calorímetros, estes que podem ser denominados como recipientes com paredes adiabáticos, juntamente com o auxilio de um termômetro para realizar a medição da variância de temperatura ocorrida durante uma reação.
Esse calor liberado ou absorvido, dependendo da reação à qual mensurado, é determinado a partir da fórmula:
Aonde, segundo Alves (2017), temos:
q - Quantidade de Calor Liberado ou Absorvido pela reação, expresso em calorias (cal) ou Joules (J);
m - massa do produto, expresso em gramas (g);
Δt - variação de temperatura sofrida devido à ocorrência da reação, expresso em graus célsius (ºC).
Calor específico ou capacidade calorífica, é a quantificação de calor para dar o aumento em um Kelvin a temperatura de uma grama de certa substância. Tendo este calor específico relacionado à três fatores, tais como a quantidade de material; a magnitude da variação de temperatura; e o tipo de material que sofreu tal ganho ou perda de calor. (TOFFOLI, 2017)
Conforme Toffoli (2017), o calor de uma reação pode ser medido sob volume constante ou à pressão constante, mediante a variação de energia à volume constate que é denominada variação de energia interna, representada pelo algarismo ΔE, e a variação de energia vinculada à pressão constante que é denominada de variação de entalpia, representada pelo algarismo ΔH.
Para obter o calor de uma reação existe um aparelho chamado Bomba Calorimétrica. Esta bomba é considerada um calorímetro de precisão, ou seja, ela consegue obter um valor muito aproximado ao valor real do calor de reação, com pouca margem de erro. Neste experimento também será tratado a chamada capacidade térmica. Capacidade Térmica é a “grandeza física que permite prever dentro de um dado conjunto de corpos, onde cada um cede ou recebe a mesma quantidade de calor, qual deles estará mais quente ou mais frio, ao completar a troca de calor”. (CAVALCANTE, 2013).
Figura 01: Bomba Calorimétrica
MEDIDAS E SUAS INCERTEZAS
O objetivo de uma medição é de determinar o valor do mensurando, ou seja, valor de uma grandeza específica a ser medida. De forma geral o resultado de uma medição é algo aproximado ou estimado do valor da grandeza. Sendo assim o resultado da medição será completo somente se este estiver acompanhado da incerteza da estimativa. (ISO GUM, 2008, p. 58).
Conforme ISO GUM (2008), p. 4, a incerteza do resultado de uma medição reflete a falta de conhecimento associado ao valor da grandeza a ser medida. O resultado de uma medição, mesmo após correção devido aos efeitos relativos a erros sistemáticos reconhecidos, é somente uma estimativa do valor da grandeza devido a incerteza proveniente dos efeitos dos erros aleatórios e da correção imperfeita do resultado para efeitos devido aos erros sistemáticos.
METODOLOGIA E PROCEDIMENTOS
CALIBRAÇÃO DO TERMÔMETRO
Primeiramente, escolhida e acomodada a equipe em uma bancada de experimento, nesta estavam dispostos um termômetro e um calorímetro de número 04. Mediante tal, como desconhecíamos se o termômetro havia sido aferido e não tínhamos os valores das capacidades do calorímetro, iniciamos o processo de calibração do mesmo, para posteriormente poder calcular o valor real da medição considerando o erro de mensuração. Para realizar calibração do termômetro, foi inserido tal em um recipiente com gelo, estado em que a água encontra-se em sua temperatura de fusão, esta que seria de 0ºC, assim após aguardar que a temperatura fosse estabilizada, foi observado e anotado o valor obtido. Na sequência passamos para a etapa de inserção do termômetro em um béquer com água fervente, onde a água tem como sua temperatura de ebulição os 100ºC, foi então aguardado o inicio da ebulição da água e inserido o termômetro no recipiente, aguardado até que a temperatura fosse estabilizada, observando assim o valor final e anotando o mensurado. Posteriormente efetuando os cálculos para obtenção das fórmulas e valores a serem levados em considerações nas próximas etapas dos experimentos. 
CAPACIDADE TÉRMICA DO CALORÍMETRO
Para determinar a capacidade térmica do calorímetro de número 04 disposto na bancada do grupo, inicialmente foi colocado o calorímetro na balança analítica, inicialmente para efetuar a tara do mesmo e proseguir o experimento sem maiores dificuldades de cálculo dos pesos. Na sequência adicionamos cerca de 30% do volume total do calorímetro com água em temperatura ambiente, foi então fechado o calorímetro e agitado a água com um bastão de vidro até que fosse atingido o equilíbrio térmico, foi então anotado a temperatura 01 (T1) e a massa 01 (M1) coletado na balança, e inseridos os valores na tabela disposta. Posteriormente foi aquecido um béquer comágua até a temperatura aproximada de 50ºC, posteriormente anotando a temperatura no momento que foi retirado o béquer do aquecimento para termos na tabela a temperatura 02 (T2). Efetuamos a tara novamente no calorímetro com a água, na sequencia inserimos o restante do volume com a água de massa 02 (M2) aquecida, o que seriam os 70% restantes, considerando a altura da parede superior, ou seja, da tampa. Após colocar a tampa novamente foi anotada a massa 02 (M2) na tabela. Após resfriarmos o termômetro em água corrente, foi agitada a mistura de águas no calorímetro até obter-se a temperatura constante na mistura, ou seja, atingindo o equilíbrio térmico. Foi então anotado o valor da temperatura final do experimento. O experimento foi repetido três vezes de forma a obter-se uma média, tendo assim um resultado mais confiável. 
RESULTADOS E DISCUSSÕES
CALIBRAÇÃO DO TERMÔMETRO
As seguintes temperaturas foram obtidas no experimento:
Tabela 01: Resultados Calibração do Termômetro 03
	Estado da Água
	Temperatura Padrão
	Resultado Obtido
	Fusão
	0ºC
	0ºC
	Ebulição
	+100ºC
	+96ºC
Fonte: O Autor
Assim foi realizado os cálculos, conforme:
Fusão:
Ebulição
Assim, para os próximos cálculos, temos a equação para a temperatura lida de:
Ou para efeitos de agilidade ao cálculo, isola-se ‘x’ que seria a temperatura corrigida:
CAPACIDADE TÉRMICA DO CALORÍMETRO
As temperaturas lidas nos experimentos de equilíbrio podem ser observadas na tabela a seguir:
 Tabela 02: Calorímetro 04 Medições - Termômetro 04
	Exp.
	Massa 1
	Massa 2
	T1
	T2
	Tf
	1
	286,16g
	96,80g
	19ºC
	57ºC
	28ºC
	2
	321,33g
	310,32g
	19ºC
	53ºC
	35ºC
	3
	305,94g
	284,14g
	22ºC
	50ºC
	36ºC
Fonte: O Autor
Efetuando a correção dos valores com a equação da temperatura corrigida obtida no experimento descrito no item 5.1, temos o resultado:
Tabela 03: Calorímetro 04 Medições Corrigidas - Termômetro 04
	Exp.
	Massa 1
	Massa 2
	T1
	T2
	Tf
	1
	286,16g
	96,80g
	20,62ºC
	59,79ºC
	29,90ºC
	2
	321,33g
	310,32g
	20,62ºC
	55,67ºC
	37,11ºC
	3
	305,94g
	284,14g
	23,71ºC
	52,58ºC
	38,14ºC
Fonte: O Autor
Portanto, utilizando a fórmula do principio da conservação de energia, que pode ser observada a seguir, onde o calor especifico da água é 1,00, e o do calorímetro é a incógnita que desejamos encontrar:
𝑚assa 1 · Cá𝑔𝑢𝑎 · (𝑇f − 𝑇1) + 𝐶𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 · (𝑇𝑓 − 𝑇1) + 𝑚assa 2. Cá𝑔𝑢𝑎 · (𝑇𝑓 − 𝑇2) = 0
Tabela 04: Calorímetro 04 Calor Especifico - Termômetro 04
	Exp.
	Massa 1
	Massa 2
	T1
	T2
	Tf
	C calor.
	1
	286,16g
	96,80g
	20,62ºC
	59,79ºC
	29,90ºC
	25,62cal/ºC
	2
	321,33g
	310,32g
	20,62ºC
	55,67ºC
	37,11ºC
	27,94cal/ºC
	3
	305,94g
	284,14g
	23,71ºC
	52,58ºC
	38,14ºC
	-21,60cal/ºC
	
	
	
	
	
	Média
	10,65cal/ºC
	
	
	
	
	
	SD
	45,60
Fonte: O Autor
Mediante ao alto valor do desvio padrão, não se pode ter extrema confiança no valor obtido, porém ao ignorarmos o a tentativa de experimento 3, teremos um valor mais equilibrado com Média ‘-5,79cal/ºC’ e SD 1,82. 
DETERMINAÇÃO DO CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO
Este experimento foi efetuado de modo a determinar o calor da reação de neutralizaç
ão entre o ácido clorídrico (HCl) e o hidróxido de sódio.
Portanto foram utilizados o termômetro e o calorímetro de número 04, onde já se é conhecido o erro e tem-se as fórmulas para correção. A seguir temos a fórmula da neutralização do experimento:
HCl(g) + NaOH(s) → NaCl(s) + H2O(l)
Para a efetivação dos cálculos será utilizado as fórmulas a seguir, pois o calor de neutralização é igual ao calor recebido pelo calorímetro somado com o calor recebido pelos produtos de reação (sal e água), assim:
Medições:
Tabela 05: Medições Neutralização
	Substância
	Volume (ml)
	T1 ºC
	T2 ºC
	T3 ºC
	HCl
	300
	23
	23
	23
	NaOH
	300
	23
	23
	23
Fonte: O Autor
No calorímetro:
Tabela 06: Medições Neutralização no Calorímetro 04
	Substância
	Volume (ml)
	T1 ºC
	T2 ºC
	T3 ºC
	HCl
	300
	29
	29
	29
	NaOH
	300
	23
	23
	23
Fonte: O Autor
Assim, ao aplicarmos as correções de medida do termômetro: 
Tabela 06: Medições Neutralização no Calorímetro 04
	Substância
	Volume (ml)
	T1 ºC
	T2 ºC
	T3 ºC
	HCl
	300
	30,6
	30,6
	30,6
	NaOH
	300
	24,5
	24,5
	24,5
Fonte: O Autor
Para obter o calor de reação necessita-se utilizar as seguintes fórmulas, e como as soluções estão bastante diluídas utilizaremos: cProdutos = 1 cal/(g.ºC):
Portanto, temos:
cal
E finalizando os cálculos para este experimento, podemos ver a resultante a seguir, sob atm constante:
CONCLUSÃO
Através da execução dos experimentos foram possíveis observar e aprender a calibrar um termômetro, e calcular a temperatura de uma substância ou de uma mistura de elementos químicos.
Observou-se que todo material utilizado também libera caloria e que essa caloria tem que ser considerada, que quando misturadas as soluções e sua temperatura se estabiliza tem-se então um equilíbrio entre ambos. Pode-se então determinar a liberação de calor de um recipiente, neste caso o isopor, encontrando esse valor, calcula-se o calor liberado pelas soluções. Desconsiderando assim o calor externo do recipiente utilizado, então foi obtido o calor liberado pela reação de neutralização em cal/mol.
REFERÊNCIAS
ALVES, Líria; Termoquímica. Acessado em: 07/05/2017. Disponível em: www.brasilescola.com/quimica/termoquimica.htm.
BRADY, James E.; HUMISTON, Gerard E. Química Geral. 2ª. Ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 1981.
Calor. Acessado em: 07/05/2017. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Calor.
CAVALCANTE, KLEBER. Calorimetria I. R7. Brasil Escola. Acesso em 11 de novembro de 2013.
GERTHSEN, C.; KNESER; VOGEL, H. Phyfik. Ein Lehrbuch zum Gebrauch neben Vorlesungen. Tradução de Aníbaç A.Inocêncio e Maria Alice A.M.Inocêncio. 2ª ed. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, novembro de 1998. 960 p.
KOTZ, J.C.; TREICHEL JR, P.M. Química geral e reações químicas. Cengage Learning, São Paulo, 2009.
ISO GUM. Avaliação de dados de Medição - Guia para a expressão de incerteza de medição, 1ª ed. 2008.
NETTO, Luiz Ferraz. Calor de Reação. Acessado em: 07/05/2017. Disponível em: http://www.feiradeciencias.com.br/sala21/21_21.asp.
TOFFOLI, Leopoldo; Termoquímica. Acessado em: 07/05/2017. Disponível em: www.infoescola.com.br.