Pré - Relatório Calor de Combustãotadual de Maringá - UEM

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Universidade Estadual de Maringá - UEM
Centro de Ciências Exatas - CCE
Departamento de Química - DQI
Pré-Relatório 
Calor de Combustão
Acadêmicos: 
Docente: Prof. Dr. Wilker Caetano 
Curso: Química - Bacharelado
Disciplina: Físico-Química Experimental I - Turma 03
 Maringá – 2021
1. INTRODUÇÃO
1.1 Definição de Calor de Combustão.
O calor de combustão, ou entalpia de combustão, é definido como a
quantidade ou a variação de energia (entalpia) liberada sob forma de calor quando
um mol de combustível orgânico reage com o comburente (gás oxigênio-O2). Os
combustíveis orgânicos mais comuns utilizados em entalpias de combustão são os
hidrocarbonetos, os alcoóis, os carboidratos e os lipídeos.
1.2 Variação de Energia e de Entalpia (ΔU, ΔH).
1.2.1 Variação de Energia Interna (ΔU)
As experiências de Joule permitiram a compreensão da existência da função
termodinâmica Energia Interna (U). Nestas experiências Joule alterou o estado
termodinâmico de um sistema adiabático através da realização de trabalho sobre o
sistema e constatou que, para a mesma mudança de estado, independente do
processo utilizado, a quantidade de trabalho necessária era sempre a mesma.
As experiências consistiam basicamente em alterar a temperatura de uma
certa massa de água, mantida em condições adiabáticas, através da introdução de
trabalho por diferentes processos: aquecimento elétrico, compressão de gases e
rotação de pás. O principal resultado destas experiências foi que
independentemente do processo, para a mesma transformação a quantidade de
trabalho necessária, para o sistema adiabático, é sempre a mesma.
Portanto, existe uma função f que independente do processo sempre fornece
a mesma variação (f2 - f1) e seu valor vale o trabalho W. A função f é uma função
termodinâmica, pois sua variação não depende do processo, apenas dos estados
final e inicial: ff - fin = W.
Nota-se que toda a energia introduzida no sistema foi proveniente do trabalho
W realizado sobre o sistema. Ou seja, o trabalho realizado foi utilizado para alterar
uma energia que pertence ao sistema, ou em outras palavras, sua Energia Interna.
Pode-se, portanto, identificar a função f como sendo a função Energia Interna do
sistema (ΔU). Ou seja, o trabalho realizado foi todo ele consumido para alterar o
estado do sistema. Como o sistema estava em condições adiabáticas, toda a
energia foi mantida no interior do sistema, alterando o valor da função Energia
Interna de Uin para Uf:
ΔU = Uf - Uin = W.
1.2.2 Variação de Entalpia (ΔH)
Entalpia (ou conteúdo calorífico) é uma função termodinâmica. Um aspecto
prático e importante desta função é a realização dos Balanços Térmicos dos
processos que ocorrem a pressão constante.
A função entalpia pode ser introduzida nos textos de termodinâmica de várias
formas diferentes. Uma forma rápida e relativamente simples é a apresentada por
Ragone, que parte da primeira lei em sua forma diferencial:
dU = dw + dq.
Se, a única forma de trabalho que o sistema apresenta é a de
expansão/compressão, esta expressão torna-se:
dU = -PdV + dq
https://www.manualdaquimica.com/quimica-organica/hidrocarbonetos.htm
https://www.manualdaquimica.com/quimica-organica/alcoois.htm
dq = dU +PdV.
Se a pressão for constante, o segundo membro pode ser escrito como d(U +
PV):
dq = d(U +PV).
Observando-se a relação U + PV, nota-se que é uma relação de funções
termodinâmicas. Ou seja, é uma função formada por funções que têm diferenciais
exatas. Como uma função constituída por funções que tem diferencial exata
também é uma função com diferencial exata, a função dada por U + PV também é
uma função com diferencial exata e, portanto, U + PV é uma função termodinâmica.
Esta função foi chamada de função Entalpia e identificada pela letra H:
ΔH = U + PV.
1.3 Primeira Lei da Termodinâmica.
Chamamos de 1ª Lei da Termodinâmica o princípio da conservação de
energia aplicada à termodinâmica, o que torna possível prever o comportamento de
um sistema gasoso ao sofrer uma transformação termodinâmica. Analisando o
princípio da conservação de energia ao contexto da termodinâmica: um sistema não
pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou transferi-la ao meio
onde se encontra, como trabalho, ou ambas as situações simultaneamente, então,
ao receber uma quantidade Q de calor, esta poderá realizar um trabalho W e
aumentar a energia interna do sistema ΔU, ou seja, expressando matematicamente:
Q = W + ΔU,
Sendo todas as unidades medidas em Joule (J).
1.4 Bomba Calorimétrica.
O termo calorimetria trata-se de medição de calor ganho ou perdido durante
um processo químico ou físico. As energias envolvidas na mudança de estado físico
nos processos de fusão ou vaporização, assim como as energias em reações
químicas são estudos na área da calorimetria. Sendo assim, um calorímetro é um
instrumento utilizado para medição da quantidade de calor envolvido em tais
processos.
O calorímetro de volume constante, mais popularmente conhecido como
bomba calorimétrica consiste num dispositivo para determinar o calor de combustão
de compostos orgânicos. É constituída essencialmente por uma câmara de
combustão, onde os reagentes são colocados (oxigénio sob pressão e a
substância-problema). A câmara de combustão é colocada num copo isolado o
melhor possível, do ambiente, contendo uma quantidade de água conhecida.
Inicia-se a reação aquecendo a amostra através de uma corrente elétrica que passa
por um fio, geralmente de ferro. A reação de combustão é exotérmica e
consequentemente aquecerá a água que circunda a câmara. A variação da
temperatura em função do tempo é determinada pelo termômetro de precisão,
obtendo-se um gráfico que relaciona estas duas grandezas. (figura 01).[4], [5]
Como todo o calor libertado foi utilizado para elevar a temperatura da água,
pode-se calcular o calor de combustão.
2. OBJETIVO:
Determinar o calor de combustão de uma substância utilizando bomba calorimétrica.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
- Colocar água da torneira no recipiente do calorímetro onde vai ser introduzida a
bomba calorimétrica (v= 1200 ml).
- Adaptar uma pastilha de ácido benzóico na bomba (ver a figura em Urquiza, 1969)
e fechar cuidadosamente.
- Introduzir oxigênio na bomba - aproximadamente 15-20 atm. Caso exceda 20 atm,
falar com o professor (SEGURANÇA).
- Colocar a bomba no calorímetro; efetuar as conexões elétricas; fechar o
calorímetro; conectar o agitador e; introduzir o termômetro na água.
- Ligar o agitador alguns minutos antes de começar as leituras. Fazer leituras de
temperatura em intervalos de 1 minuto até obter 5 valores constantes.
- Efetuar a ignição fechando o circuito elétrico (botão), de modo que ocorra a
combustão da substância. Meça a temperatura em intervalos de 15 segundos. Após
ter-se o aumento seguido de lento abaixamento de temperatura, continue efetuando
leituras durante mais 4 minutos.
- Retirar a bomba calorimétrica e deixar o oxigênio escapar lentamente através da
válvula de escape. Abrir a bomba e medir o pH da água do seu interior.
https://www.infopedia.pt/$corrente-eletrica?intlink=true
- Determinar a massa do fio residual (verifique o fundo da bomba).
- Repetir com outra pastilha de ácido benzóico e substâncias problema.
Use a mesma água do calorímetro, porém à medida que se repetem os ensaios, a
temperatura da mesma se eleva, podendo chegar a valores onde o termômetro não
permite leituras. Neste caso substitua a água, mas mantenha a quantidade anterior.
OBS: determinar a massa de amostra antes do experimento, principalmente o
naftaleno (sublimação).
4. PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS
5.1 Ácido benzoico
O ácido benzoico, C₆H₅COOH, é um composto aromático classificado como ácido
carboxílico. Este ácido fraco e seus sais são usados como conservante de alimentos
e ocorre naturalmente em certas plantas. Seu anel aromático é similar ao do
benzeno e é o mais simples ácido carboxílico aromático.
Fórmula: C7H6O2
Massa molar: 122,12 g/mol
Ponto de fusão: 122,3 °C
Densidade: 1,27 g/cm³
Ponto de ebulição: 249,2 °C
5.2 OxigénioO oxigénio ou oxigênio é um elemento químico de número atómico 8 e símbolo O
representando com massa atómica 16 u. Constitui parte do grupo dos calcogénios e
é um não metal reactivo e um forte agente oxidante que facilmente forma compostos
com a maioria doutros elementos, principalmente óxidos.
Símbolo: O
Massa atômica: 15,999 u
Número atômico: 8
Elétrons por camada: 2, 6
Descobrimento: 1772
Série química: Não metal, Calcogênio, Elemento do 2º Período
5.3 Naftalina
O naftaleno, comercialmente conhecido por naftalina, é um hidrocarboneto
aromático cuja molécula é constituída por dois anéis benzênicos condensados.
Apresenta a fórmula molecular C₁₀H₈. Possui uma Constante de Henry = 4,89.10⁻² e
Log Kow = 3,4.
https://www.google.com/search?q=%C3%A1cido+benzoico+f%C3%B3rmula&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LQz9U3MExKStdSz0620k_OSM3NLC4pqoSwkhNz4pPzcwvyS_NSrNLyi3JLcxIXsUocXpicmZKvkJSaV5WfmZyvkHZ4M1gKAF9xVsJQAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwjViZOtjMzvAhVXGLkGHc_3BNoQ6BMoADAeegQIKxAC
https://www.google.com/search?q=%C3%A1cido+benzoico+massa+molar&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LQz9U3MExKStfSyk620k_OSM3NLC4pqoSwkhNz4pPzcwvyS_NSrHLzcxKLFHITi4sXsUofXpicmZKvkJSaV5WfmZwPFk5UACsBAM0ZkedWAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwjViZOtjMzvAhVXGLkGHc_3BNoQ6BMoADAfegQIKBAC
https://www.google.com/search?q=%C3%A1cido+benzoico+ponto+de+fus%C3%A3o&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LQz9U3MExKStfSzU620k_OSM3NLC4pqoSwkhNz4pPzcwvyS_NSrHJTc0oy89IVCvIz80oWscofXpicmZKvkJSaV5WfmZwPFM8ryVdISVVIKy0-vDgfAJUDwKNdAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwjViZOtjMzvAhVXGLkGHc_3BNoQ6BMoADAgegQIJxAC
https://www.google.com/search?q=%C3%A1cido+benzoico+densidade&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LQz9U3MExKStdSz0620k_OSM3NLC4pqoSwkhNz4pPzcwvyS_NSrFJS84ozSyoXsUoeXpicmZKvkJSaV5WfmZyvAJZJSUxJBQBJylsxUQAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwjViZOtjMzvAhVXGLkGHc_3BNoQ6BMoADAhegQIIRAC
https://www.google.com/search?q=%C3%A1cido+benzoico+ponto+de+ebuli%C3%A7%C3%A3o&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LQz9U3MExKStfSzU620k_OSM3NLC4pqoSwkhNz4pPzcwvyS_NSrJLyM3My89IVCvIz80oWsSofXpicmZKvkJSaV5WfmZwPFM8ryVdISVVITSrNyTy8_PDifABec0qGYQAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwjViZOtjMzvAhVXGLkGHc_3BNoQ6BMoADAiegQIIxAC
https://www.google.com/search?q=oxig%C3%A9nio+s%C3%ADmbolo&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LSz9U3MDItNktK01LNTrbST85Izc0sLimqhLCSE3PiU3NSc1PzSqyKK3OT8nMWsQrlV2SmH16Zl5mvUHx4LUgsHwCSkQrPSgAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwjur67MjMzvAhVmGLkGHcieB5sQ6BMoADAuegQIQxAC
https://www.google.com/search?q=oxig%C3%A9nio+massa+at%C3%B4mica&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LSz9U3MDItNktK09LKTrbST85Izc0sLimqhLCSE3PiU3NSc1PzSqwSS_KBAgq5icXFi1gl8isy0w-vzMvMBwskKiSWHN4CUg8AKIrH1FUAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwjur67MjMzvAhVmGLkGHcieB5sQ6BMoADAvegQIOxAC
https://www.google.com/search?q=oxig%C3%A9nio+n%C3%BAmero+at%C3%B4mico&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LSz9U3MDItNktK09LJTrbST85Izc0sLimqhLCSE3PiU3NSc1PzSqwSS_KBAgp5pblJqUWLWKXyKzLTD6_My8xXyDu8Kze1KF8hseTwFqCSfAAwKhGlWQAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwjur67MjMzvAhVmGLkGHcieB5sQ6BMoADAwegQIRhAC
https://www.google.com/search?q=oxig%C3%A9nio+el%C3%A9trons+por+camada&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LSz9U3MDItNktK0zLKTrbST85Izc0sLimqhLCSE3PiU3NSc1PzSqyAdHJJUX5esUJBapFCcUZqTs4iVrn8isz0wyvzMvMVUnMOr4TK5xcpJCfmJqYkAgDcYqlBYwAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwjur67MjMzvAhVmGLkGHcieB5sQ6BMoADAxegQITxAC
https://www.google.com/search?q=oxig%C3%A9nio+descobrimento&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LSz9U3MDItNktK09LMTrbST85Izc0sLimqhLCSE3PiU3NSc1PzSqxSMouT88tSi1JTFrGK51dkph9emZeZr5CSChROKsoEqckHAOYVHPdTAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwjur67MjMzvAhVmGLkGHcieB5sQ6BMoADAyegQISBAC
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Fórmula: C10H8
Ponto de fusão: 80,26 °C
Ponto de ebulição: 218 °C
Massa molar: 128,1705 g/mol
Densidade: 1,14 g/cm³
Fórmula molecular: C10H8
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/142778/mod_resource/content/2/1_APOS
TILA%20PMT2305%20Neusa%20Alonso-Falleiros.pdf
[2]https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/entalpia-combustao.
[3]https://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica/1leidatermodin
amica.php
[4] Bomba Calorimétrica, Infopédia. Disponível em: <bomba calorimétrica -
Infopédia (infopedia.pt)>
[5] “O que é um Calorímetro/Bomba Calorimétrica?” BIOVERA, Equipamentos de
Laboratório e Assistência Técnica, 2019. Disponível em <O Que é um
Calorímetro? Bomba Calorimétrica | Biovera>
https://www.google.com/search?q=naftalina+f%C3%B3rmula&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LQz9U3KEiuzNNSz0620k_OSM3NLC4pqoSwkhNz4pPzcwvyS_NSrNLyi3JLcxIXsQrlJaaVJOZk5iUqpB3eDBYEAFBpC2lKAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwiKqYrqjMzvAhXJGLkGHSv2B1QQ6BMoADAiegQITRAC
https://www.google.com/search?q=naftalina+ponto+de+fus%C3%A3o&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LQz9U3KEiuzNPSzU620k_OSM3NLC4pqoSwkhNz4pPzcwvyS_NSrHJTc0oy89IVCvIz80oWsUrmJaaVJOZk5iUCRfJK8hVSUhXSSosPL84HAHUH0dRXAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwiKqYrqjMzvAhXJGLkGHSv2B1QQ6BMoADAjegQILhAC
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https://www.google.com/search?q=naftalina+massa+molar&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LQz9U3KEiuzNPSyk620k_OSM3NLC4pqoSwkhNz4pPzcwvyS_NSrHLzcxKLFHITi4sXsYrmJaaVJOZk5iWCBYAkSBIAfU_EClAAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwiKqYrqjMzvAhXJGLkGHSv2B1QQ6BMoADAlegQIRBAC
https://www.google.com/search?q=naftalina+densidade&stick=H4sIAAAAAAAAAOPgE-LQz9U3KEiuzNNSz0620k_OSM3NLC4pqoSwkhNz4pPzcwvyS_NSrFJS84ozSyoXsQrnJaaVJOZk5iUqgMVSElNSAb74fBxLAAAA&sa=X&ved=2ahUKEwiKqYrqjMzvAhXJGLkGHSv2B1QQ6BMoADAmegQIRhAC
https://www.google.com/search?q=naftalina+f%C3%B3rmula+molecular&sa=X&ved=2ahUKEwiKqYrqjMzvAhXJGLkGHSv2B1QQ6BMoADAnegQISBAC
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/142778/mod_resource/content/2/1_APOSTILA%20PMT2305%20Neusa%20Alonso-Falleiros.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/142778/mod_resource/content/2/1_APOSTILA%20PMT2305%20Neusa%20Alonso-Falleiros.pdf
https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/entalpia-combustao.htm
https://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica/1leidatermodinamica.php
https://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica/1leidatermodinamica.php
https://www.infopedia.pt/$bomba-calorimetrica
https://www.infopedia.pt/$bomba-calorimetrica
https://www.biovera.com.br/o-que-e-um-calorimetro-bomba-calorimetrica/
https://www.biovera.com.br/o-que-e-um-calorimetro-bomba-calorimetrica/