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Prática 02 Determinação da Capacidade Calorífica de um Calorímetro

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Introdução
A energia pode ser transformada de uma forma para outra e transferida de um lugar a outro.
Um sistema pode ser aberto, fechado ou isolado (FIGURA 1). Em termodinâmica, o universo é formado por um sistema e sua vizinhança. Um sistema aberto pode trocar matéria e energia com a vizinhança. Um sistema fechado só pode trocar energia. Um sistema isolado não pode trocar nada. 
FIGURA 1- SISTEMAS
	A energia interna de um sistema, isto é, sua capacidade de realizar trabalho, também pode ser alterada pela troca de energia com a vizinhança na forma de calor. Calor é um termo comum que em termodinâmica tem um significado especial. Em termodinâmica, calor é a energia transferida em consequência de uma diferença de temperatura. Quando a energia é transferida somente na forma de calor, ΔU=q. A energia flui na forma de calor de uma região de temperatura alta para uma região de temperatura baixa. Portanto, em um sistema cujas paredes não são isolantes térmicos, se o sistema está mais frio do que a vizinhança, a energia flui da vizinhança para o sistema e a energia interna do sistema aumenta. 
	A transferência de energia na forma de calor é medida com um calorímetro, um dispositivo no qual o calor transferido é monitorado pela variação de temperatura que ele provoca. 
	O calor especifico (c) de uma sustância é a quantidade de calor necessária para elevar de 1 grau Celsius a temperatura de 1 grama da substancia e é medido em J.g -1.°C. A capacidade calorífica (C) de uma substancia é a quantidade de calor necessária para elevar de 1 grau Celsius a temperatura de uma dada quantidade de substancia e é medida em J.°C -1. O calor especifico é uma propriedade intensiva enquanto a capacidade calorífica é uma propriedade extensiva. A relação entre a capacidade calorífica e o calor especifico de uma substancia é:
C=mc
onde m é a massa da sustância em gramas. Por exemplo, o calor especifico da água é 4,184 J.g -1.°C e a capacidade calorífica de 60,0 g de água é 
(60,0g) ( 4,184 J.g -1.°C)= 251 J.°C -1
	
Na tabela 1 mostra o calor especifico de algumas substancias comum.
Se souber o calor especifico e a massa de uma substancia, a variação da temperatura da amostra (Δt) indica a quantidade de calor (q) que foi absorvida ou liberada em um determinado processo. A equação para calcular a quantidade de calor é:
q = mcΔt
q =CΔt
onde Δt é a variação de temperatura:
Δt = tfinal – tinicial
	A convenção de sinais de q é a mesma que da variação de entalpia: q é positivo para processos endotérmicos, e negativo para processos exotérmicos. Um processo que libera calor para a vizinhança é chamado de processo exotérmico. Um processo que absorve calor é chamado de processo endotérmico.
	 A primeira lei da termodinâmica, que declara: a energia interna de um sistema isolado é constante. A lei é a base da calorimetria, isto é, o uso de um calorímetro para estudar as trocas de calor em sistemas. O calorímetro e seu conteúdo formam um sistema isolado e todo o calor retirado (ou fornecido) pelo processo é absorvido (ou liberado) pelo calorímetro. 
	Em um sistema isolado, não pode haver variação de energia e ΔU = 0. Se o sistema tem paredes adiabáticas, ou seja, paredes que não transmitem calor, a energia só pode ser transmitida na forma de trabalho. As paredes que permitem a transferência de energia na forma de calor são chamadas de diatérmicas.
Resultados e Discussões 
Para determinar a capacidade calorífica de um calorímetro simples, realizou-se o procedimento descrito anteriormente. Sendo que os valores observados foram:
Temperatura da água ambiente (200 ml = 200g): 25ºC;
Temperatura da água resfriada (100 ml = 100g): 17ºC;
Temperatura da água ambiente com a Temperatura da água resfriada no calorímetro: 23ºC.
Observação: Logo após de adicionar-se a água em temperatura ambiente no calorímetro, adicionou-se então a água resfriada e fechou-se com uma tampa de isopor. Usou-se o agitador para homogeneizar o sistema para que o equilíbrio térmico fosse alcançado mais rapidamente.
Assim, de acordo com a fórmula:
C: Capacidade Calorífica do Calorímetro J;
: Temperatura Inicial do conjunto (Calorímetro + água à temperatura ambiente + agitador);
 Temperatura da água aquecida (ou resfriada); 
: Temperatura Final do sistema;
c: Calor específico da água;
: Massa da água à temperatura ambiente;
: Massa da água aquecida (ou resfriada).
Encontrou-se:
Dessa forma, para determinar a capacidade térmica do calorímetro, C, utilizou-se o método das misturas. Neste método, adicionou-se uma quantidade de água à temperatura ambiente e logo depois uma quantidade de água resfriada. Quando elas são misturadas no calorímetro, a água que está a uma temperatura maior (temperatura ambiente) cede calor à água e ao calorímetro que estão a uma temperatura menor, pelo princípio da conservação de energia:
A quantidade de energia térmica transferida da substância de maior temperatura para a de menor temperatura, é associada à quantidade de calor que a substância de menor energia irá receber. Após um certo tempo, a temperatura atinge um valor constante, ou seja, atingiram um equilíbrio térmico, estão com a mesma energia térmica. Na situação de equilíbrio térmico, em um sistema isolado (adiabático), temos que pelo princípio da conservação da energia, a quantidade de calor perdida ou cedida por uma substância de maior energia é igual à quantidade de calor ganha pela substância de menor energia.
Se considerarmos que o calorímetro tem isolamento térmico perfeito, então, as diferenças de temperaturas se devem somente às transformações termodinâmicas ocorridas dentro do calorímetro. Ou seja, se caso ocorra uma reação química dentro do calorímetro, o aumento ou a diminuição da temperatura se deve ao calor consumido ou desprendido da reação. Se amostras de uma mesma substância, mas de temperaturas diferentes são adicionadas ao calorímetro, a diferença de temperatura se deve ao processo de equilíbrio térmico que ocorre entre as amostras.
Um dos possíveis erros com relação ao experimento, seria uma observação inadequada nos termômetros, uma vez que estes comumente apresentam falhas, influenciando nos resultados. 
Conclusões
O calorímetro é um recipiente composto para evitar a troca de calor por condução e além disso, possui superfície espelhada para evitar a troca de calor com o meio por radiação. De acordo com o experimento, determinou-se a capacidade calorífica de um calorímetro simples, utilizando um frasco de Dewar com água em temperatura ambiente e resfriada. E, assim através dos cálculos realizados, encontrou-se um valor de . 
Referencias bibliográficas 
ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. 303-310 p.
Raymond Chang e Kenneth A. Goldsby, Química. 11ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2013. 246p.

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