Calor de reação e mudança de estado físico de substâncias

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ
ÁREA DE CIÊNCIAS EXATAS E AMBIENTAIS
ENGENHARIA QUÍMICA 
DISCIPLINA: QUÍMICA GERAL II
Calor de reação e mudança de estado físico de substâncias
ACADÊMICOS:
Agatha Welter dos Santos
Lucas Gris Dallelaste
Tassiane Rodrigues
PROFESSORA:
Jaqueline Scapinello
02 de setembro de 2018
Introdução
É possível afirmar que o estudo da química não é fácil pelo fato de explorar-se moléculas e partículas, bem como a discussão sobre fenômenos químicos e fenômenos físicos. Tais assuntos quando abordados somente em sala podem dificultar a compreensão do acadêmico. Portanto, aulas laboratoriais são essenciais para uma melhor compreensão e formação de um bom Engenheiro Químico.
As aulas realizadas no laboratório de química envolvem fenômenos químicos e físicos, de acordo com o experimento realizado. O fenômeno físico consiste na transformação da matéria sem a alteração da sua composição química, por exemplo, a mudança de estado físico da água ao virar gelo e vice-versa. No fenômeno químico, por sua vez, ocorre alteração da estrutura química da matéria, transformando uma substância em outra, como a reação de combustão entre um combustível e um comburente a fim de liberar calor e luz.
Para realizar essa aula foram necessários processos de dissolução e neutralização; o processo de dissolução consiste em misturar um soluto em um solvente, em nosso experimento foram utilizados como soluto NaOH e como solvente H2O. Já a neutralização consiste em usar um ácido e uma base para fazer a formação de um sal, no experimento foram utilizados HCl como ácido e a solução de NaOH preparada anteriormente no processo né neutralização para formar o sal NaCl e para testar a veracidade da lei de Hess foram feitas dissolução e neutralização em um único processo a fim de obter resultados semelhantes à mesma.
2. Metodologia e Resultados de Entalpia de Neutralização
Para realizar a primeira reação, a de dissolução, foram utilizados 48,328g de água destilada e 2g de NaOH. A temperatura da água destilada, antes da adição de NaOH era de 20,5ºC e após a adição e dissolução de todo NaOH na água, a temperatura ficou na casa dos 26,6ºC. Para calcular o ΔH1 utilizamos a fórmula onde Q=C.ΔT.m, sendo assim: 
Q= 4.18J x 6,1ºC x 48,382g de H2O
Q= 1233,664
Para saber a quantidade de mols, dividimos a massa do soluto pela massa molar dele. Desse modo:
N= m/MM 
N= 2,0g/39.99
N= 0,05
Então, para cada dividimos Q/N para obter o resultado de ΔH1
ΔH1 = 1233,64J/0,05mol
ΔH1 = 24672,8J/mol (divide-se por 1000 para obter kJ)
ΔH1 = -24,67kJ/mol (reação exotérmica)
A segunda reação, a de neutralização, foi realizada com a ajuda de 50g de HCl e da solução preparada na primeira reação de dissolução. Foi necessário esperar até que a temperatura tanto do HCl, quanto da solução, estivessem iguais. A temperatura inicial foi de 19,0ºC e a temperatura final foi de 21,2ºC. Para calcular o ΔH2 também utilizamos a fórmula onde Q=C.ΔT.m, sendo assim: 
Q= 4.18J x 2.2ºC x 97.47g de H2O
Para chegar nessa massa de H2O multiplicamos 0,5M do HCl por 50g (quantidade de HCl utilizada na reação) e dividimos por 1000g (equivalente a 1L). Chegamos no resultado de 0.025 e multiplicamos o mesmo por 36.46 (massa molar do HCl) para então descobrir que apenas 0.91g de 50g era de HCl, o restante era H2O. Sendo assim, somamos 49.09g de H2O do HCl com o restante de H2O proveniente da solução anterior. Massa de H2O resultante:
Massa de H2O= 49.09g + 48.38g
Massa de H2O = 97.47g
Voltando para a fórmula do ΔH2:
Q= 896,33J
Sabemos que essa é a quantidade de calor envolvida em 0.025mol, porém precisamos saber a quantidade para 1mol. Sendo assim, dividimos o Q pela quantidade de mol.
ΔH2 = 896,33J/0,025mol
ΔH2 = 35853,2J/mol (divide-se por 1000 para obter kJ)
ΔH2 = -35,85kJ/mol (reação exotérmica)
Para a terceira reação, dissolução e neutralização, foram necessários 2g de NaOH e 98 g de HCl. A temperatura do HCl era de 19,5ºC, já, após a total dissolução do NaOH, a temperatura subiu para 26,6ºC. Para calcular o ΔH3 foi utilizada novamente a fórmula onde Q=C.ΔT.m, sendo assim: 
Q= 4.18J x 7,1ºC x 96,21 g de H2O
A quantidade de água foi medida novamente tirando a massa de HCl diluída. Multiplicou-se 0.5 por 98 g de HCl utilizados na reação, e dividiu-se por 1000g chegando no resultado de 0.049mol multiplicamos o mesmo pela massa molar do HCl, 36.46mol, então obtendo 1,79g. Diminuímos 1.79g das 98g, chegando a 96,21 g de H2O. Voltando para a fórmula de ΔH3:
Q= 2855,32J
Então, dividimos Q/mol para obter o resultado de ΔH3
ΔH3 = 2855.32/0.049mol
ΔH3 = 58271,84J/mol (divide-se por 1000 para obter kJ)
ΔH3 = -58,27kJ/mol (reação exotérmica)
Segundo a literatura ΔH1 + ΔH2 deve ser igual ao meu ΔH3 e o mesmo deve ser igual a -57,7kJ/mol. 
ΔH1 + ΔH2 = ΔH3 
-24,67kJ/mol + (-35,85kJ/mol) = -58,27kJ/mol 
-60.52kJ/mol ≠ -58,27kJ/mol
Margem de erro: (|-60.52kJ/mol - (-58,27kJ/mol)| / -58,27kJ/mol) x 100%
Margem de erro: 3,86%
ΔH3 = -57,7kJ/mol 
58,27kJ/mol ≠ -57,7kJ/mol
Margem de erro: (|-58,27kJ/mol - (-57,7kJ/mol)| /-57,7kJ/mol) x 100%
Margem de erro: 0.99%
3. Utilizando o Calorímetro
O calorímetro é um aparelho utilizado em laboratórios para calcular o ΔQ trocado em um reação entre 2 ou mais corpos. Ele deve ser mantido em uma sala isolada das demais com uma temperatura constante. 
O experimento realizado no laboratório utilizou como substância o etanol. A água contida no calorímetro deve estar entre 20ºC e 22ºC. A amostra também não deve conter H2O. A massa de etanol utilizada foi de 1,3069g e a mesma deve ser informada no aparelho. 
A quantidade de calor registrada pelo calorímetro foi de 25879J/g, ou ainda 25,87kJ/g.
Para cada mol temos 46g, logo, o calor por mol seria 46x maior. Sendo assim, a quantidade de calor em kJ/mol é de -1990,434kJ/mol. Comparado a literatura, onde o calor de combustão é de -1362kJ/mol, a margem de erro é de: 46,14%.
4. Calor de Solidificação
	Para a realização do experimento, foi utilizado como substância a parafina. Após aquecê-la e deixá-la totalmente líquida, a mesma foi colocada em um recipiente com água em temperatura ambiente. A temperatura da água foi medida antes e depois, assim, conseguindo extrair o deltaT utilizado na fórmula abaixo:
Utilizando a fórmula Q=c.ΔT.m temos:
	Q= 1cal x 3,6ºC x 5,33g (massa da parafina)
	Q= 19,17cal 
	Agora, devemos dividir Q/MM da parafina que é de 352g/mol. Logo:
	Calor de solidificação = 19.15/352
	Calor de solidificação = 0.054cal/g
	Comparando esse valor com o encontrado na literatura, 0.056cal/g, podemos calcular a margem de erro.
	Margem de erro= |0.054cal/g - 0.056cal/g| / 100%
	Margem de erro = 0.2%
5. Referências
USP (São Paulo). Usp. Energia e Combustão. 2006. Disponível em: <http://www.usp.br/qambiental/combustao_energia.html>. Acesso em: 02 set. 2018.