Relatório 4 -Determinação da capacidade calorífica do calorímetro

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INSTITUTO FEDERAL DO NORTE DE MINAS GERAIS 
ENGENHARIA QUÍMICA 
4º PERÍODO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prática 4 - Determinação da capacidade calorífica do calorímetro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório feito para aprovação na disciplina 
de Físico-Química Experimental 
 
 
 
 
 
 
Docente: Daniel Magalhães 
Discentes: Ayrton Reis, Daniel Felipe, 
 Felipe Félix, Letícia Lopes, 
 Talisson Bonfim 
 
 
 
Montes Claros, Minas Gerais, 07 de Novembro 2018. 
Sumário 
1- INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 3 
2 – OBJETIVOS ......................................................................................................... 5 
3 – MATERIAIS E REAGENTES ............................................................................... 6 
3.1 – Materiais e equipamentos ........................................................................... 6 
3.2 – Reagentes ..................................................................................................... 6 
4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ................................................................... 6 
6- DISCUSSÃO .......................................................................................................... 8 
7- CONCLUSÃO ........................................................................................................ 8 
8- REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 8 
9- ANEXOS ................................................................................................................ 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- INTRODUÇÃO 
Em Termodinâmica, o calor é definido como uma quantidade que escoa 
através da fronteira de um sistema durante uma mudança de estado, em virtude de 
uma diferença de temperatura entre o sistema e suas vizinhanças, e escoa de um 
ponto a temperatura mais alta para um ponto a temperatura mais baixa 
(CASTELLAN, 1986). 
Segundo Masterton, capacidade térmica é definida pela capacidade de um 
corpo de mudar sua temperatura ao receber ou liberar calor. É representada pela 
razão entre a quantidade de calor e a variação de temperatura: 
C = Q / ∆ T (Eq.1) 
C = capacidade térmica do corpo (cal/ ºC). 
Q = quantidade de calor trocada pelo corpo. 
ΔT = a variação de temperatura do corpo. 
Calor específico determina a capacidade específica de uma substância de 
mudar sua temperatura ao receber ou liberar calor para cada massa unitária que 
esta vier a se incluir. É definido como: 
c = Q/ m ∆ T (Eq.2) 
c = a capacidade térmica do material. 
m = a massa do material. 
Q = o calor trocado. 
ΔT = a variação de temperatura do corpo. 
A unidade usual para determinar o calor específico é cal / g°C. No sistema 
internacional usase J/K.kg. 
A determinação da capacidade calorífica do calorímetro ocorre por meio da 
calibração, no qual é feita por meio da mistura no interior do calorímetro de 
quantidades designadas de água fria e quente. 
 
Figura 01 - Calorímetro. 
 Fonte: Bueno, 1980 
 Quando se eleva a temperatura do sistema ao longo de um determinado 
caminho, pode-se definir uma capacidade de aquecimento. Caso o aquecimento 
ocorra a volume constante, tem-se a capacidade calorífica. 
 
Figura 02 - Determinação da capacidade calorífica do calorímetro. 
 Fonte: Bueno, 1980. 
A capacidade calorífica é definida matematicamente por: 
 (Eq.3) 
Fonte: (MOORE; SPENCER, 2001) 
 ou 
 (Eq.4) 
Fonte: (MOORE; SPENCER, 2001) 
em que: 
𝑈= Energia interna 
T= Temperatura 
S= entropia 
A calorimetria é o método experimental básico empregado na termoquímica e 
física térmica que permite a medição da diferença na energia U ou entalpia H de um 
sistema como resultado de algum processo sendo feito no sistema (MOORE; 
SPENCER, 2001, tradução nossa) 
Segundo Atkins (1999), há princípios de Calorimetria que são destacados: 
1. Princípios de transformações inversas: a quantidade de calor que um 
corpo recebe é igual, em módulo, à quantidade de calor que um corpo cede ao 
voltar, pelo mesmo processo, à situação inicial. 
2. Princípio do Equilíbrio Térmico: quando vários corpos inicialmente a 
temperaturas diferentes trocam calor entre si, e só entre si, observamos que alguns 
perdem enquanto outros recebem calor, de tal maneira que decorrido um certo 
tempo, todos estacionam numa mesma temperatura, chamada temperatura de 
equilíbrio térmico. 
3. Princípio da Igualdade das Trocas de Calor: quando vários corpos trocam 
calor apenas entre si, a soma das quantidades de calor que alguns cedem é igual, 
em módulo, à soma das quantidades de calor que os restantes recebem. 
Q1 + Q2 + ... + Qn = 0 (Eq.5) 
Segundo Moore e Spencer (2001) “os valores de Cv (T) podem ser derivados 
de um calorímetro (instrumento usado para medir a diferença de energia interna) de 
volume constante medindo ΔU para valores pequenos de (T2– T1) e avaliando ΔU / 
(T2 - T1) como uma função da temperatura”. 
2 – OBJETIVOS 
Determinar a capacidade calorífica do calorímetro. 
3 – MATERIAIS E REAGENTES 
3.1 – Materiais e equipamentos 
● Calorímetro; 
● Banho-maria; 
● Termômetro; 
● Proveta de 200 mL. 
3.2 – Reagentes 
● Água. 
4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Com o auxílio de proveta, foi medido 100 mL de água fria. Em seguida, a água foi 
transferida para o calorímetro e foi medida a sua temperatura. Posteriormente, foi 
adicionado ao calorímetro 100 mL de água quente. Após o sistema formado pela 
água quente e água fria entrar em equilíbrio térmico, foi medida a temperatura 
resultante do sistema. Foram anotados os resultados encontrados. Este 
procedimento foi repetido novamente 8 vezes. 
5- RESULTADOS 
Tabela 1: Temperatura da água nas diferentes situações. 
Experimento Temperatura água 
fria (º C) 
Temperatura água 
quente (º C) 
Temperatura no 
calorímetro após 
mistura 
1 28 65 45 
2 28 61 44 
3 28 64 44 
4 28 63 44 
5 28 62 43 
6 28 62 44 
7 28 62 44 
8 27 62 43 
9 28 59 42 
Tabela 2: Quantidade de calor absorvido ou liberado pelos envolventes. 
Replicata Água quente (cal) Água fria (cal) Calorímetro (cal) 
1 -1960,0 1693,2 266,8 
2 -1671,1 1593,6 77,5 
3 -1962,0 1593,6 368,4 
4 -1865,8 1593,6 272,2 
5 -1865,8 1494,0 371,8 
6 -1767,6 1593,6 174,0 
7 -1767,6 1593,6 174,0 
8 -1865,8 1593,6 272,2 
9 -1672,8 1394,4 278,4 
Média -1822,1 1571,5 250,6 
 
Tabela 3: Capacidade calorífica do calorímetro (calculada em anexo). 
Replicata C em cal/ºC 
1 
15,69 
2 
4,84 
3 
23,05 
4 
17,01 
5 
24,79 
6 
10,88 
7 
10,88 
8 
17,01 
9 
19,89 
 
 
Tabela 3: Informações adquiridas a partir dos valores encontrados para a capacidade calorífica 
Média Desvio padrão Erro padrão 
16,01 6,33 2,11 
 
6- DISCUSSÃO 
O calorímetro utilizado foi um calorímetro didático, deste modo, segundo 
Vuolo e Furukawa (1993) “não apresentam boa acurácia devido a isolação térmica 
ruim, além de capacidade térmica relativamente alta”. O valor médio relacionado a 
capacidade calorífica encontrado foi de 16,01 cal/ºC. 
Sabendo que o calorímetro absorveu em média 250,6 cal do sistema com 
água fria e água quente e da sua capacidade calorífica do calorímetro anteriormente 
citada, podemos prever a variação de temperatura que ocorreuno calorímetro. No 
caso do presente experimento, houve uma elevação da temperatura de 15,6 ºC no 
calorímetro levando em consideração a observação acima. Tendo conhecimento do 
calor absorvido pelo calorímetro, pode-se inferir que o calorímetro apresenta um 
poder isolante insatisfatório. Dessa maneira, o calorímetro não é passível de ser 
utilizado para, por exemplo, mensurar a troca de calor entre dois corpos ou entalpia 
de alguma reação, utilidades do calorímetro que seriam comprometidas pelo calor 
que o calorímetro absorve do sistema. 
7- CONCLUSÃO 
 A partir do experimento proposto, foi possível observar como se dá o 
funcionamento de um calorímetro didático, construído com materiais de baixo custo, 
e mensurar sua capacidade calorífica, que foi de 16,01 cal/ºC, que é um valor 
relativamente alto, referente à perda de calor da água para o recipiente, o que 
compromete a finalidade principal do calorímetro que é ser isolante térmico. 
8- REFERÊNCIAS 
MOORE, John H.; SPENCER, Nicholas D. Encyclopedia of Chemical Physics and 
Physical Chemistry. Londres: Taylor e Francis, 2001. v.1. 
VUOLO, J. H.; FURUKAWA, C. H. Calorímetro didático. São Paulo: Rev. Bras. 
Ens. Fis., 1993. v. 17. p. 140-151. 
MASTERTON, W. L.; SLOWINSKI, E. J.; STANITSKI, C. L., Princípios de Química; 
6ª ed. Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro. 1990. 
BUENO, W.A., DEGRÈVE, L., Manual de Laboratório de Físico-Química, 
McGraw-Hill, São Paulo.1980. 
9- ANEXOS 
Cálculo da capacidade calorífica do calorímetro 
A capacidade calorífica do calorímetro foi calculada usando a seguinte equação: 
(𝑚𝐻2𝑂(𝑓𝑟𝑖𝑎) ∗ 𝑐𝐻20) ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖) + (𝑚𝐻2𝑂(𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒) ∗ 𝑐𝐻20) ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑞) + 𝐶𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 ∗ 𝛥𝑇
= 0 
Sendo m=massa; 
c=calor especifico; 
C=capacidade calorífica; 
Tf=temperatura final; 
Ti=temperatura inicial da água fria; 
Tq=temperatura inicial da água quente 
𝛥𝑇= variação de temperatura. 
A massa da água foi calculada utilizando a sua densidade de acordo com a 
temperatura da mesma. 
Os valores para a capacidade calorífica do calorímetro encontrados foram: 
Experimento 1: 15,69 cal/ºC 
Experimento 2: 4,84 cal/ºC 
Experimento 3: 23,05 cal/ºC 
Experimento 4: 17,01 cal/ºC 
Experimento 5: 24,79 cal/ºC 
Experimento 6: 10,88 cal/ºC 
Experimento 7: 10,88 cal/ºC 
Experimento 8: 17,01 cal/ºC 
Experimento 9: 19,89 cal/ºC