Relatório-2-Calorimetro-José-Joan-e-Paulo

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ
DEPARTAMENDO DE CIÊNCIA EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA QUÍMICA
 
DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE CALORIMÉTRICA DO CALORÍMETRO E DO CALOR ESPECÍFICO DE UMA SUBSTÂNCIA
JOAN SANTANA SANTOS (201310767)
JOSÉ JOAQUIM B. A. R. DE OLIVEIRA (201311000)
PAULO SIMÕES NETO (201311198)
ILHÉUS – BAHIA
2015
JOAN SANTANA SANTOS (201310767)
JOSÉ JOAQUIM B.A.R. DE OLIVEIRA (201311000)
PAULO SIMÕES NETO (201311198)
DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE CALORIMÉTRICA DO CALORÍMETRO E DO CALOR ESPECÍFICO DE UMA SUBSTÂNCIA
Relatório apresentado como parte dos critérios de avaliação da disciplina CET941 - FÍSICO QUIMICA I. Turma P06.
Dia de execução do experimento: 25/03/2015.
Professor: Miriam Tokumoto
ILHÉUS – BAHIA
2015
INTRODUÇÃO
Para fenômenos que envolvem trocas de calor, costuma-se usar um calorímetro, que idealmente deve ser construído de maneira que não haja trocas de calor com o ambiente, constituindo um sistema isolado, pois também não permite trocas de massa.
Estudando calorimetria, surgem dois componentes importantes: o calor específico e a capacidade calorífica. “O calor específico (c) de uma substância é a quantidade de calor necessária para elevar de um grau Celsius a temperatura de um grama da substância. A capacidade calorífica (C) de uma substância é a quantidade de calor necessária para elevar de um grau Celsius a temperatura de dada quantidade da substância” [1].
Define-se calor Q liberado ou absorvido por uma dada substância como:
sendo a massa e a variação de temperatura devido à transferência de Q.
Seguindo os princípios de termodinâmica com um sistema isolado, é possível fazer:
Logo, num sistema com duas substâncias em um calorímetro:
Desta maneira é possível determinar a Capacidade calorífica (CCALORÍMETRO) por meio da inclinação (derivada) da curva Q x ∆T:
Para determinação do calor específico de um sólido A, conhecendo a Capacidade calorífica do calorímetro, faz-se:
OBJETIVO
Determinar a constante calorimétrica do calorímetro.
Determinar o calor específico do Cobre e do Vidro, a partir do calor específico da água.
MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais
Água destilada;
Cobre metálico;
Vidro;
Pipeta graduada 50mL;
Pipeta graduada 25mL;
Tubo de ensaio;
Béqueres;
Calorímetro;
Aquecedor;
Balança analítica;
Métodos
PARTE A
Colocou-se no calorímetro 50,0mL de água destilada a temperatura ambiente. Aqueceu-se 50,0mL de água destilada até a temperatura aproximada de 70ºC. Estas temperaturas foram monitoradas. Adicionou-se rapidamente essa água quente à água fria no calorímetro, tampou-se, agitou-se para homogeneizar a solução resultante. Aferiu-se a temperatura de equilíbrio. O processo repetiu-se 3 vezes.
PARTE B
Pesou-se aproximadamente 3g da amostra sólida a ser utilizada (cobre ou vidro). O sólido foi colocado em um tubo de ensaio, e este levado a Banho Maria até que a água presente no béquer atingisse fervura, e por mais 5min. Adicionou-se 25mL de água destilada ao calorímetro. A temperatura foi monitorada a cada 15s, durante 1:45min. No instante t=2min, transferiu-se o metal quente ao calorímetro. Monitorou-se a temperatura por mais 3min a cada 15s.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
PARTE A
As temperaturas T1 da água fria, T2 da água aquecida, Te de equilíbrio, e suas devidas variações, aferidas em tréplica no experimento encontram-se explícitas na Tabela1. As massas m1 e m2, da água fria e quente, respectivamente, também são exibidas na tabela e foram calculadas considerando a densidade da água d=1g/ml.
Tabela 1 – Dados do experimento na parte A.
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	(i)
	50g
	50g
	24ºC
	70ºC
	48ºC
	24ºC
	22ºC
	-4,16 cal/ºC
	(ii)
	50g
	50g
	24ºC
	72ºC
	48ºC
	24ºC
	24ºC
	0,00 cal/ºC
	(iii)
	50g
	50g
	26ºC
	76ºC
	50ºC
	24ºC
	26ºC
	4,16 cal/ºC
	MÉDIA
	24ºC
	24ºC
	0,00 cal/ºC
Utilizando as equações (1) a (3), temos que:
Considerando que o calorímetro estava à mesma temperatura que a água fria antes da reação, e gozava da mesma temperatura de equilíbrio após a reação, temos que . Considerando também que o calor específico da água .
Isto posto, a constante calorimétrica do calorímetro dar-se-á por:
Desta forma, foi possível calcular os valores de exibidos na Tabela1.
Diante do fato que as variações de temperatura e foram, em média, aproximadamente iguais, calcula-se que o calorímetro se aproxime de um ideal, com , com desvio padrão de .
PARTE B
Primeiramente pesou-se as amostras de vidro e de cobre:
As temperaturas foram monitoradas em intervalos de 5 minutos e encontram-se na Tabela2:
Tabela 2 – Monitoramento da temperatura: Cobre.
	Massa do Cobre: 5,8451g
	Tempo
(min)
	T(ºC)
	Tempo
(min)
	T(ºC)
	Tempo
(min)
	T(ºC)
	0:15
	26
	2:00
	26
	3:45
	26
	0:30
	26
	2:15
	26
	4:00
	26
	0:45
	26
	2:30
	26
	4:15
	26
	1:00
	26
	2:45
	26
	4:30
	26
	1:15
	25
	3:00
	26
	4:45
	26
	1:30
	26
	3:15
	26
	5:00
	26
	1:45
	26
	3:30
	26
	5:15
	26
A partir dos valores obtidos na tabela 2, é possível elaborar um Gráfico 1:
Para obter o calor específico do cobre, utiliza-se a equação 5. De acordo com a Parte A, temos que . Temos também que , já que foi pipetado 25mL; [2]; , já que o cobre foi colocado em banho-maria em água em ebulição; ), pois 24 era a temperatura ambiente da água.
Comparando com o valor encontrado na literatura [3]:
Calculando o erro relativo:
Da mesma maneira, a variação de temperatura do vidro foi monitorada. Os valores obtidos encontram-se na tabela 3:
Tabela 3 – Monitoramento da temperatura: Vidro.
	Massa do Vidro: 5,8613g
	Tempo
(min)
	T(ºC)
	Tempo
(min)
	T(ºC)
	Tempo
(min)
	T(ºC)
	0:15
	22
	2:00
	26
	3:45
	25
	0:30
	22
	2:15
	26
	4:00
	25
	0:45
	23
	2:30
	26
	4:15
	25
	1:00
	23
	2:45
	26
	4:30
	25
	1:15
	22
	3:00
	25
	4:45
	25
	1:30
	23
	3:15
	25
	5:00
	25
	1:45
	23
	3:30
	25
	5:15
	25
Organizando em forma de gráfico:
De maneira análoga à obtenção do calor específico do cobre, sabendo que , já que a água em temperatura ambiente estava a 24, a temperatura de equilíbrio era de 26 e , já que o vidro foi colocado em banho-maria em água em ebulição.
	Comparando com o valor encontrado na literatura [4]:
CONCLUSÃO
O valor encontrado para a capacidade calorífica foi de , com desvio padrão de , se aproximando de um calorímetro ideal, o que não é um absurdo devido a existência do erro experimental.
O valor encontrado para a capacidade calorífica do cobre foi de
, comparando-se com o valor teórico de , com um erro relativo de 25,79%, sendo considerado um valor alto.
Encontrou-se para a capacidade calorífica do vidro . Comparando com o valor teórico de , obtém-se então um erro relativo de 68,31%, também considerado como um erro elevado.
Os erros encontrados para a capacidade calorífica do cobre e do vidro foram elevados, o que pode ser explicado pela imprecisão do termômetro utilizado, em vista que na montagem do gráfico 1, por exemplo, obteve-se a mesma faixa de temperatura, tornando a curva quase constante, porém deveria haver uma leve variação no decorrer do experimento. Outra justificativa dá-se na graduação do termômetro, que era graduado em intervalos 2, aumentando a imprecisão na leitura.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]
CHANG, Raymond. Química Geral – Conceitos Essenciais. São Paulo. Quarta Edição. 2001
[2]
WolframAlpha. Specific Heat of water.
Disponível em: http://www.wolframalpha.com/input/?i=specific+heat+of+water
Acesso em: 13/04/2015
[3]
WolframAlpha. Specific Heat of copper.
Disponível em: http://www.wolframalpha.com/input/?i=specific+heat+of+copper Acesso em: 13/04/2015
[4]
WolframAlpha.Specific Heat of glass.
Disponível em: http://www.wolframalpha.com/input/?i=specific+heat+of+glass
Acesso em: 13/04/2015