Construção e aplicação de um Calorímetro Caseiro

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO ACRE – IFAC
LICENCIATURA EM QUÍMICA – 6º Período
Físico-Química I
Calorímetro
Xapuri – Ac
2018
Físico-Química I
Calorímetro
Trabalho acadêmico entregue ao professor xxxxxxxxxx da disciplina de Físico-Química I do Instituto Federal do Acre do Curso de Licenciatura em Química, como requisito para a nota da N2.
Xapuri – Acre
2018
INTRODUÇÃO
A Termoquímica estuda as trocas de energia envolvidas nas reações químicas e nas mudanças de estado físico. Ela introduz diversos conceitos abstratos, como energia, calor, entalpia entre outros. E são processos que estão em nosso dia a dia, por exemplo nas calorias de um alimento, evaporação da água, queima de combustíveis, etc.
A Termoquímica é estudada basicamente de forma teórica e, muitas vezes somente em sala de aula, assim como os outros assuntos, dificultando o entendimento por parte dos alunos do que está ocorrendo nas reações demonstradas. Souza (2007), afirma que os alunos apresentam grande dificuldade para aprender os conceitos abstratos anteriormente citados. O método utilizado de quadro negro e giz para ensinar Química não fornece, somente ele, um método efetivo na aprendizagem dos discentes, além de tornar a matéria monótona (SANTANA, 2006), por isso novos métodos de ensino, devem ser utilizados para facilitar a compreensão do aluno sobre o assunto estudado. Porém, nem sempre os materiais audiovisuais estão disponíveis na escola e o laboratório pode não estar equipado com os materiais e reagentes necessários para uma prática adequada. Uma proposta para o professor é realizar experimentos utilizando materiais de baixo custo e de fácil disponibilidade. De acordo com Giordam (1999), a experimentação contribui para formar o pensamento cientifico, ou seja, é uma atividade empírica que consiste nas seguintes etapas: selecionar as variáveis, pensar de forma sequencial e lógica, prever e controlar os eventos gerados, realizar medidas precisas e, posteriormente, descobrir a variável desejada.
Na Termoquímica, a medição da energia absorvida ou liberada no sistema é feita no calorímetro. Por isso, o objetivo desse trabalho é a montagem de um calorímetro com materiais de fácil disponibilidade e verificar se a compreensão do assunto Termoquímica é mais aceito por parte dos alunos, por meio da experimentação.
OBJETIVOS
OBJETIVOS GERAIS
O presente trabalho tem por objetivo avaliar o quanto a montagem de um calorímetro e sua utilização pelos próprios alunos facilita a absorção do conhecimento teórico sobre termoquímica.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Montagem de um calorímetro e apresentação à alunos do 2º ano do ensino médio.
METODOLOGIA
Em uma turma do 6° período do curso de Licenciatura em Química do Instituto Federal do Acre, foram realizadas as etapas escritas a seguir. Realizou-se a prática de montagem de um calorímetro de baixo custo. Os resultados obtidos foram analisados e discutidos. O calorímetro de baixo custo escolhido tem por função não ser preciso, pois o próprio não era perfeito e foi desconsiderada a troca de calor entre o meio e o interior do calorímetro, porém o objetivo era facilitar a compreensão do aluno sobre os conceitos termoquímicos e não focar no aspecto quantitativo da termoquímica.
Construção do calorímetro
Para a montagem do calorímetro foram necessários, os seguintes materiais apresentados na tabela 1.
	Materiais
	Quantidade
	Lata de refrigerante
	1
	Porta-lata de isopor
	1
	Termômetro
	1
	Estilete
	1
Tabela 1: Materiais necessários para a montagem do calorímetro
Para a montagem do calorímetro, primeiramente colocou-se a latinha dentro do porta-latas. Depois retirou-se com um estilete (a partir da boca) um pedaço, de modo a não sobrar espaço livre quando encaixar a tampa e o corpo da porta-lata (Figura 1).
Figura 1. Parte descartada do isopor para o encaixe
Furou-se a parte superior do porta-copos para se colocar o termômetro (Figura 2).
Figura 2. Abertura na parte superior, para inserir o termômetro
O objetivo do calorímetro não é medir de forma exata as temperaturas, mas sim ser um facilitador para o aluno entender como funciona a termoquímica e seus conceitos.
UTILIZANDO O CALORÍMETRO
Materiais e Reagentes
2 provetas, 50 mL de HCl 0,5 mol.L-1, 50 mL de NaOH 0,5 mol.L-1, 300 mL de água, funil, chapa aquecedora, calorímetro caseiro, termômetro.
Procedimento
Primeiramente, medir a capacidade térmica do conjunto recipiente + água + termômetro. Para isso, pesar 200 g de água e colocar essa água dentro do calorímetro. Após fechá-lo, esperar um tempo e medir a temperatura do conjunto calorímetro + água + termômetro (T1). Em seguida, aquecer 100 g de água à temperatura 75°C, chamada de temperatura T2. Depois, essa água quente é adicionada rapidamente ao calorímetro. Agita-se até obter o equilíbrio térmico e anota-se a temperatura observada (Te). Desprezando a troca de calor com o meio, podemos dizer que a quantidade de calor ganho é igual a quantidade de calor perdido, então:
Equação 1
Qganho + Qperdido = 0 g-1
Logo: 
Equação 2
Onde:
: massa de água quente (dado em gramas)
 : massa de água fria (dado em gramas)
: calor específico da água (1 cal/g.°C)
: capacidade térmica do conjunto (cal/°C)
Te -T1 : variação da temperatura (dado em °C)
Após a medição da capacidade térmica do calorímetro, este é utilizado para realização do experimento para medição da variação de entalpia.
Para determinar a variação de entalpia de neutralização nesse caso sugerimos o seguinte procedimento experimental:
1) Colocar 50 mL da primeira solução dentro do calorímetro e anotar sua temperatura após o equilíbrio do sistema.
2) Colocar 50 mL da segunda solução em um Becker, medir sua temperatura e em seguida verter o liquido dentro do calorímetro. OBS. LAVAR O TERMÔMETRO ANTES DE TRANSFERIR DE UMA SOLUÇÃO PARA OUTRA;
3) Esperar a temperatura no interior do calorímetro estabilizar (± 2 a 3 min) e depois registrar esse valor.
Equação 3:
RESULTADO
Utilizando a equação 2, assim ficamos para determinar experimentalmente a capacidade térmica do calorímetro basta resolver a equação abaixo.
Dados:
: 100g
 : 200g
: 1 cal/g.°C
: dado em cal/°C
Te -T1 : 2,3°C
Para medir determinação de de neutralização da reação química entre as soluções de HCl(aq) com NaOH(aq).
DADOS: Considere o calor específico da solução de NaOH + solução de HCl igual a 0,997 cal/gºC e 1.001 cal/g °C, respectivamente. Considere as densidades das soluções aproximadamente iguais a 1 g/cm3.
Ccal: 42,85 cal/°C
Tf: 27,3°C
Ti: 25°C
msol: 100g
c: 0,997cal/g°C
O número de mol de ácido é igual ao número de mol de água formada durante a reação.
Logo: temos para 0,05L de HCl → 0,025 mols de H2O
 
 = -13,11kcal/mol equivale também à = -54,9kJ/mol, sendo que o valor da entalpia padrão de neutralização teórico é de = -57,1 kJ/mol.
CONCLUSÃO
O calorímetro utilizado serviu ao propósito de ensinar aos alunos os conceitos utilizados em termoquímica, podendo então ser utilizado também nas aulas de Física sobre mudanças de estado. O uso da experimentação se mostrou significativa para chamar a atenção do aluno, fazendo-o se interessar pelo que estava sendo ensinado. A prática realizada teve seu objetivo alcançado, pois verificou-se uma maior fixação do conhecimento por parte dos alunos que realizaram a montagem e posterior uso do calorímetro em relação aqueles que tiveram os conceitos abordados apenas na teoria.
REFERÊNCIAS
GIORDAN, M.; O Papel da Experimentação no Ensino de Ciências, Química Nova na Escola, n° 10, novembro, 1999.
SANTANA, E. M. D. A Influência de Atividades Lúdicas na Aprendizagem de Conceitos Químicos. Universidade de São Paulo, Instituto de Física - Programa de Pós Graduação Interunidades em Ensino de Ciências – 2006.
SOUZA, V. C. de A.; Os desafios da Energia no Contexto da Termoquímica: Modelando uma Nova Idéia para Aquecer o Ensino deQuímica, Dissertação de mestrado, Faculdade de Educação, UFMG, 2007.