RELATÓRIO - CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO

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RELATÓRIO: CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO
1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA:
A calorimetria estuda as trocas de energia na forma de calor entre corpos ou
sistemas. A termodinâmica define calor como uma quantidade que escoa através
das fronteiras de um sistema, ele flui de um corpo para outro em decorrência de
uma diferença de temperatura e é medido em calorias ou joules. A calorimetria é
uma ramificação da termologia.
A capacidade térmica de um corpo é a capacidade dele mudar de
temperatura quando recebe ou libera calor. Pode ser calculada por:
𝐶 = 𝑄∆𝑇
sendo C a capacidade térmica do corpo dada em cal/°C, Q é a quantidade de calor
trocada pelo corpo e é a variação de temperatura do corpo.∆𝑇
Já o calor específico é a capacidade de um corpo mudar sua temperatura
ao receber ou liberar calor por cada massa unitária. Seguindo a definição, o calor
específico é dado pela razão entre a capacidade térmica e a massa da substância.
𝑐 = 𝐶𝑚 =
𝑄
𝑚∆𝑇
o calor específico é dado em cal/g°C. No SI é dado em J/K.kg.
Além dessas definições tem-se o significado de quantidade de calor
sensível de uma substância que representa uma mudança de temperatura nas
substâncias em análise, ele é dado por:
𝑄 = 𝑚𝑐∆𝑇
Em uma mudança de estado a pressão constante a variação de entalpia é
dada por:
𝑄
𝑝
= ∆𝐻
sendo que para uma dada reação química, a variação de entalpia é a diferença
entre o somatório da entalpia dos produtos e somatório da entalpia dos reagentes.
1
∆𝐻 = ∑ 𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜
− ∑ 𝐻
𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒
Não importa qual caminho os reagentes tomam para chegar aos produtos, a
variação de entalpia é sempre a mesma para a reação, isso é provado pela Lei de
Hess.
2. EXPERIMENTO:
Em uma reação entre ácido forte e uma base forte, a entalpia é chamada de
calor de neutralização. Uma solução aquosa, o ácido e a base fortes encontram-se
completamente dissociados e o calor de neutralização dessa solução é o inverso do
calor de dissociação da água, esse dado vai ser melhor explicado ao longo da
descrição do experimento.
O experimento em análise ocorreu da seguinte forma:
● Mediu-se 80mL de solução de hidróxido de sódio a 0,5M na proveta;
● Mediu-se e anotou a temperatura da base ( );𝑇
𝑏𝑎𝑠𝑒
= 23, 7°𝐶
● Mediu-se 80mL de solução de ácido clorídrico a 0,5M na proveta;
● Mediu-se e anotou a temperatura ácido ( );𝑇
á𝑐𝑖𝑑𝑜
= 24, 1°𝐶
● Colocou-se as duas soluções em um calorímetro de vidro de
capacidade calorífica de 48,11 cal/°C;
● Agitou-se o calorímetro, até que a temperatura ficasse constante;
● Mediu-se a temperatura final .𝑇
𝑓
= 30, 3°𝐶
Como foi dito anteriormente, o cálculo de entalpia é dado por ,∆𝐻 = 𝑄
𝑝
considerando que a troca de calor com o ambiente é desprezível, do Princípio de
conservação da energia, pode-se dizer que o calor de neutralização pode ser
calculado por:
𝑄
𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎çã𝑜
+ 𝑄
𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜
= 0
2
Tendo em vista o que foi explicado anteriormente sobre a relação entre
variação de entalpia e calor recebido ou cedido sobre pressão constante, tem-se
que a variação de entalpia de neutralização é:
∆𝐻 = 𝑄𝑛
Baseado na lei de Hess, sabendo que os íons estão em uma solução
aquosa, além do fato da água se manter em equilíbrio químico com os íons hidrônio
e hidroxila, pode-se chegar ao valor da variação entalpia do processo de
neutralização a partir do processo de formação da água. A reação que representa o
processo que ocorre no calorímetro está representada abaixo:
H3O+(aq) + Cl-(aq) → HCl(aq)
OH-(aq)+ Na+(aq) → NaOH(aq)
NaOH(aq) + HCl(aq) → Cl-(aq) + Na+(aq) + H2O(l)
H3O+(aq) + OH-(aq) ⇋ 2 H2O(l)
Considerando a concentração das soluções do reagente é 0,5mol/mL,
fazendo o cálculo do número de mol para os reagentes tem-se:
→ → →𝐶 = 𝑛𝑉 𝑛 = 𝐶 * 𝑉 𝑛 = 0, 5 * 0, 08 𝑛 = 0, 04 𝑚𝑜𝑙
para o número de mols da água nessa solução, considerando a estequiometria da
reação, tem-se:
 𝑛
𝐻
2
𝑂
 = 0, 08 𝑚𝑜𝑙
Inicialmente é necessário o cálculo da massa do produto. E para cálculo da
massa da solução do produto , tendo em mente que a concentração daρ =
𝑚
𝑙
.𝑉
reação é de 0,5mol/mL pode-se considerar o peso específico da solução como
sendo o da água como sendo 0,997g/mL³, sabendo que o volume da solução é
160mL, tem-se assim:
3
ρ =
𝑚
𝑙
.𝑉
0, 997 =
𝑚
𝑠𝑙
160
𝑚
𝑠
= 159, 52𝑔
Tendo as massas em mente e considerando os valores de calor específico
da solução como sendo aproximadamente o valor do calor específico da água, logo
1cal/g°C, parte-se para o cálculo de entalpia:
∆𝐻 = 𝑄
calculando o calor envolvido na reação
𝑄
𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎çã𝑜
+ 𝑄
𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜
= 0
(1)𝑄
𝑛
 + (𝑚 * 𝑐 * ∆𝑇 + 𝐶
𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
∆𝑇) = 0
considerando o valor médio da temperatura do ácido e da base como a temperatura
inicial do processo, tem-se:
𝑇
𝑖
= 23,7 + 24,12 = 23, 9°𝐶
substituindo em (1):
𝑄
𝑛
+ (48, 11 * (30, 3 − 23, 9) + 159, 52 * 1 * (30, 3 − 23, 9) = 0
𝑄
𝑛
= − [ 48, 11 * (30, 3 − 23, 9) + 159, 52 * 1 * (30, 3 − 23, 9)]
𝑄
𝑛
= ∆𝐻 = − 1328, 83 𝑐𝑎𝑙
O valor da variação de entalpia é negativo, prova que essa reação é
exotérmica. Fazendo a entalpia em termos de caloria por mol, tem-se:
∆𝐻 = 𝑄𝑛
calculando a entalpia:
∆𝐻 = −1328,830,08 = − 16610, 4𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙 = − 16, 6𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙
4
3. CONCLUSÃO:
Para essa entalpia a literatura traz um dado teórico de - 13,8 kcal/mol,
enquanto que o calculado a partir do experimento é de - 16,6 kcal/mol. Como o valor
esperado não foi atingido, é necessário um cálculo de erro relativo, logo:
𝐸
𝑟𝑒𝑙
= 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑜𝑏𝑡𝑖𝑑𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑜𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑜 × 100
𝐸
𝑟𝑒𝑙
= (−16,6) − (−13,8)(−13,8) × 100
𝐸
𝑟𝑒𝑙
= 20, 29%
O fato de não chegar ao valor definido pela literatura é decorrente de erros
durante o experimento, alguns desses erros que podem ser citados é: a verificação
incorreta do termômetro, o tempo para medida de temperatura no ácido e na base
pode não ser suficiente para neutralização de ambas, além da calibragem do
calorímetro, entre outros fatores, justificando assim a porcentagem de erro relativo.
4. REFERÊNCIAS:
[1] PILLING, Sergio. Físico-Química Experimental I. UNIVAP. Disponível em
<https://www1.univap.br/spilling/FQE1/FQE1_EXP1_Termoquimica.pdf> Acesso em:
03.07.2021, 13:25.
[2] CASTELAN, G. W. Fundamentos de Físico-Química, Editora LTC, Rio de
Janeiro.
[3] TANAKA, Hugo S. Calor Específico. Disponível em
<https://www.todoestudo.com.br/fisica/calor-especifico> Acesso em: 03.07.2021,
16:50.
[4] Termoquímica: Calor de solução e calor de neutralização. Disponível em
<http://professor.ufop.br/sites/default/files/kisla/files/calor_de_solucao_e_neutralizac
ao.pdf> Acesso em: 03.07.2021, 19:30.
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