Relatório de capacidade calorifera Final

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Universidade Federal de Minas Gerais
Físico-Química Experimental
Experimento
Cálculo do calor de combustão
Felipe Marques
Março de 2015
 Introdução
A calorimetria trata-se do estudo dos fenômenos decorrentes a troca calor em processos físicos e químicos. Denomina-se troca de calor a energia térmica que passa de um corpo mais quente para um corpo mais frio, assim a temperatura de um diminui enquanto que a do outro aumenta. A temperatura é uma grandeza física associada à vibração ou agitamento das moléculas de um corpo, portanto quanto maior for à temperatura de um dado corpo, maior será a agitação de suas moléculas. A essa agitação pode-se denominar como movimento térmico. [1,2]
 Quando dois corpos que trocam calor alcançam a mesma temperatura dizemos que o sistema esta em equilíbrio térmico, tem-se também que a temperatura nesse momento recebe o nome de temperatura de equilíbrio. [1,2]
Equacionando podemos dizer que o equilíbrio térmico é dado por; [3]
			Sendo Q = quantidade de calor
A temperatura pode ser medida em diferentes escalas, sendo as mais conhecidas a escala em graus Celsius (°C), graus Fahrenheit (°F) e Kelvin. Pode-se por conveniência transformar uma medida que esta em uma escala nas outras seguindo a seguinte relação:
 	Assim, todo corpo necessita de uma quantidade de energia (calor) para elevar sua temperatura e para essa relação temos a Capacidade calorífera ou Capacidade térmica como sendo:
No qual;
C = Capacidade térmica
Q = Calor
Δθ = Variação de temperatura
	Através de um calorímetro é possível medir a energia liberada ou absorvida de algum fenômeno, como por exemplo, em uma reação química. Um dispositivo comumente usado é a bomba calorimétrica adiabática. Essa bomba utiliza um sistema de dois banhos-maria com agitamento constante e de igual temperatura que são constantemente acompanhadas e o deixa isolado para que não haja perda de energia para as vizinhanças caracterizando-o assim como sistema adiabático. Outro ponto é que o calorímetro opera a volume constante e dessa forma a energia liberada dentro do sistema não é transformada em trabalho (W = 0). Ao acontecer algum fenômeno que tenha troca de calor, esse calor ira ficar dentro do sistema e assim pode-se medir sem que haja perda alguma. Abaixo segue imagens para ilustrar o funcionamento da bomba calorimétrica.
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Objetivos
	Determinar o calor de combustão de uma determinada massa de ácido benzoico. 
Parte Experimental
O material usado consiste em um calorímetro de bomba completo com um sistema de ignição, bomba de oxigênio com regulador de pressão, ácido benzoico e um fio condutor fino de ferro-níquel.
Uma quantidade, de massa conhecida, de ácido benzoico foi colocada dentro da bomba juntamente com dez centímetros do fio de ferro-níquel, a qual foi fechada e pressurizada com oxigênio para que houvesse uma queima total da combustão. Assim ela foi colocada no banho duplo e fechada.
A partir de então, foi esperado que estabilizasse a temperatura para assim dar a ignição e observar um aumento na temperatura.
Com a temperatura estável foi anotado a temperatura, como temperatura inicial, assim que houve a ignição e a combustão a temperatura começou a subir, fez-se algumas medições até que foi observada a queda da temperatura o que caracterizou o fim da liberação de energia pela combustão, nesse momento anotamos a temperatura como temperatura final. A bomba foi desmontada a válvula de alívio foi aberta, mediu-se o comprimento do pedaço de fio que sobrou.
Resultados
O calor de combustão foi calculado através dos dados obtidos e da equação, como segue:
Portanto,
Temos;
Massa do ácido benzoico = 0,8505g
Massa molar do ácido benzoico = 122,0g
Temperatura inicial = 77,95 °F -> 25,52 °C
Temperatura final = 83,35 °F -> 28,52 °C
Variação de temperatura = 3,00 °C
Comprimento inicial do fio ferro-níquel = 10,0cm
Comprimento final do ferro-níquel = 2,0cm
Capacidade calorífera do ácido benzoico = 2405cal °C-1
Assim:
Deve-se levar em consideração a quantidade de calor que o fio de ferro-níquel liberou durante a combustão, que por definição é de 23,0cal/10,0cm. Como foi queimado 8,0cm temos que a quantidade de energia que o fio liberou foi de 18,4cal. Portanto:
Sabemos que essa quantidade de calor encontrada é da combustão de 0,8505g de ácido benzoico, pode-se encontrar o calor molar do mesmo, ou seja, a quantidade de calor liberada por mol de ácido benzoico.
Expressando em SI temos:
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Conclusão 
Sabe-se, através da literatura [5] que o calor de combustão do ácido benzoico é de 3227 KJmol-1 e o encontrado experimentalmente foi de 4320,0 KJmol-1, valor encontrado com 30% de erro, porém pode-se dizer que o objetivo do experimento foi alcançado, levando em consideração que o experimento é acadêmico e não é preciso. Logo, conhecemos o funcionamento de uma bomba calorimétrica de porte industrial e através das equações da calorimetria foi possível verificarmos e analisarmos um fenômeno químico através da sua energia (calor). Pode-se dizer também que é de suma importância os estudos acerca de energias e da calorimetria, pois é através dela que podemos verificar se um dado combustível é eficiente, como por exemplo, verificando a quantidade que o mesmo libera em uma combustão.
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Bibliografia
Resumo de física: Calorimetria; Disponível em: <http://guiadoestudante.abril.com.br/estudar/fisica/resumo-fisica-calorimetria-646800.shtml> Acesso em: 28/03/15 as 18:30
ATKINS, P.; PAULA J. Físico-Química. 8ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, v.1, 2008.
 Calorimetria, fórmulas; Disponível em <http://www.sofisica.com.br/conteudos/FormulasEDicas/formulas7.php> Acesso em: 28/03/15 as 19:00
 Equação de conversão; disponível em: <http://www.colegioweb.com.br/trabalhos-escolares/fisica/termometria/equacao-de-conversao.html> Acesso em: 28/03/15 as 18:00
ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.
Imagem 1: Bomba calorimétrica a volume constante. A “bomba” é o vaso central, com paredes suficientemente robustas para suportar grandes pressões. O calorímetro (cuja capacidade calorífera tem de ser conhecida) é o conjunto inteiro que aparece no esquema. Para garantir a adiabaticidade da operação, o calorímetro trabalha imerso num banho-maria, cuja temperatura é permanentemente ajustada de modo a ser igual à do calorímetro em etapa de combustão. [2]