1º relatório físico-química experimental

7/23/2019 1 Relatrio Fsico-Qumica Experimental

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1. Objetivos

Calcular a capacidade calorfca do calormetro utilizado para ento poderdeterminar os calores de neutralizao e dissoluo comparando os valoresencontrados com os citados na teoria e por fm, verifcar experimentalmente aLei de Hess.

2. Introduo

I. Temperatura, Calor e Energia

Tr!s sistemas ", # e C esto em contato e so mantidos assim por tempo

sufciente para $ue atin%a o e$uil&rio t'rmico. Ento " est( em e$uil&rio t'rmicocom #, C est( em e$uil&rio com # e conse$uentemente " e C tam&'m seencontraro em estado de e$uil&rio. )etermina*se, desta +orma, o princpio zeroda Termodinmica -)ois sistemas $ue esto em e$uil&rio t'rmico com umterceiro estaro em e$uil&rio t'rmico entre si-. /0

1 calor ' uma +orma de trans+er!ncia de energia devido a uma di+erenade temperatura entre o sistema e a vizin2ana. " Temperatura ' umapropriedade intensiva $ue determina em $ue direo a energia 3uir( $uando doisou mais o&%etos, por exemplo, entram em contato. " energia sempre 3uir( comocalor da temperatura mais alta para a temperatura mais &aixa. 4uando

estiverem na mesma temperatura, em&ora ainda ocorra trans+er!ncia no 2aver(nen2um 3uxo de energia e os corpos estaro, portanto, em e$uil&rio t'rmico. 50

1 conceito de temperatura pode tornar*se preciso pelas afrma6es 7istemas em e$uil&rio t'rmico t!m a mesma temperatura8

7istemas $ue no esto em e$uil&rio t'rmico t!m temperaturasdi+erentes. 1 princpio zero, portanto, nos d( uma defnio operacional de

temperatura $ue no depende da sensao fsiol9gica de -$uente- ou -+rio-. /0

II. :edida de Calor

)e maneira geral, $uando uma su&stncia ' a$uecida sua temperaturaaumenta. ;ara um certo valor de energia


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" capacidade calorfca ' uma propriedade extensiva, ou se%a, depende da$uantidade de mat'ria na amostra. "ssim, a capacidade calorfca de 5 @g de

Aerro ' o do&ro da de ? @g de Ae, pois ' necess(rio duas vezes mais calor paraprovocar o mesmo aumento de temperatura no primeiro caso do $ue nosegundo. Bo entanto, ' mais conveniente expressar C como uma propriedadeintensiva


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;ara introduzir o conceito de energia interna


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" variao de entalpia de uma reao #umica$ por ser uma funo de estado$

depende apenas do estado inicial e final do sistema no importando as etapas

intermedi%rias pelas #uais transcorre a transformao #umica. [&!

Hr= vHm (Produtos ) vHm (Reagentes) '()*

I. Lei de Hess

P possvel o&ter o valor de entalpia de uma reao dese%ada a partir deentalpias de rea6es con2ecidas. m exemplo simples ' o&teno da entalpia desu&limao atrav's da soma das entalpias de +uso e vaporizao. Essa mesmat'cnica pode ser aplicada a uma se$u!ncia de rea6es $umicas. 1 procedimento' resumido na Lei de Hess - " entalpia padro de uma reao glo&al ' a somadas entalpias*padro das rea6es individuais em $ue a reao glo&al pode serdividida-. ?0

3. Materiais

Calormetro

TermDmetro ;laca de "$uecimento #alo olum'trico ;ipeta Qraduada ;roveta #'$uer 7oluo ?, : de HB1/ 7oluo ?, : de Ba1H 7oluo ?, : de HCl Hidr9xido de 79dio 79lido Rgua )estilada

4. Procedimentos Experimentais

?SExperimento

Com uma proveta, +oram medidos ? ml de (gua a temperatura am&iente


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calormetro, $ue +oi completamente +ec2ado para reduzir a perda de calor para oam&iente. Com o termDmetro +oi possvel verifcar a temperatura de e$uil&rio do

sistema para serem realizados os c(lculos e determinar a capacidade calorfcado calormetro.

5S Experimento

;rimeiramente ' preparada ? mL de uma soluo de HB1/?,:. Em um&'$uer %( contendo (gua ' adicionado J,J mL de (cido ntrico


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adicionada ao calormetro junto a soluo de aO/$ e depois do sistema entrar

novamente em e#uilbrio$ mediu3se a temperatura.

8om todos os dados obtidos$ foram feitos os c%lculos para determinao docalor cedido pela reao e o ;/ da reao.

c* +issoluo e eutralizao,

-ara determinao do calor de reao entre aO/ s0lido e /8l em soluo$

partiu3se da medio de ()) ml de uma soluo (: de /8l$ previamente preparada$

em uma proveta. " soluo foi transferida para o calormetro e mediu3se a

temperatura deste sistema ap0s apro4imadamente 7 minutos.6m seguida$ pesou3se rapidamente 5g de aO/ em um b#uer na balana

analtica. "dicionou3se o aO/ < soluo de /8l no calormetro e depois do sistema

entrar em e#uilbrio$ com o aO/ totalmente dissolvido$ mediu3se a temperaturanovamente.

8om todos os dados obtidos$ foram feitos os c%lculos para determinao do

calor cedido pela reao e o ;/ da reao.

5. esu!tados e "iscuss#es

?S Experimento

;rimeiramente determina*se a capacidade calorfca do calormetro. 1valor encontrado deveria ser um valor aproximado ao +ornecido pelo +a&ricante,por'm no se teve acesso a esse tipo de in+ormao.

Ccalormetro=m .cl

Ccalormetro=30,352 g .0,22 cal

g . ! C

Ccalormetro=6,68

cal

"o misturar a (gua +ria, 5SC, K (gua $uente, MSC, a temperatura no $uala mistura entrou em e$uil&rio +oi de FJSC. Com as temperaturas e sa&endo $ue

o calor e a massa especfca da (gua valem respectivamente ?,cal

g . ! C e ?,

g

cm3 ' possvel determinar a capacidade t'rmica do calormetro


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"ced#do+"a$sorv#do=0

"quente+"%r#o+"Cal=0

mq .c q . T+m% . c % . T+Ccal . Tcal=0

Cexp=[m&guaq' c ' (TeqT&guaq)+m&gua%' c ' (TeqT&gua %)TeqT&gua % ]

Cexp=[ 100 g '1,0 cal

g . ! C ' (4670 )+100g ' 1,0 cal

g . ! C ' (4625 )

4625 ]Cexp=14,28

cal

! C

Teoricamente a capacidade calorfca para um calormetro deveria serconstante %( $ue ele ' pro%etado para ser isolado termicamente da vizin2ana$ue o cerca, por'm um isolamento total no ' possvel, e mesmo $ue pe$uenas,sempre ocorrem trocas de calor entre as su&stncias e o calormetro e entre opr9prio calormetro e o am&iente. P muito importante tam&'m $ue a tampa docalormetro este%a apropriadamente +ec2ada.

"inda durante o experimento 2ouve outras +ontes de erro $ue no tin2amcomo ser evitados, como o a$uecimento da (gua em um recipiente a&erto e otempo necess(rio para transportar o &'$uer contendo (gua $uente at' ocalormetro, contri&uindo para mais perdas.

7a&e*se $ue a calor ' uma +orma de trans+er!ncia de energia e $ue est(diretamente relacionado com a variao de temperatura e >T por sua vez 'inversamente proporcional a capacidade t'rmica, logo se 2( perda de calordurante o experimento a variao de temperatura ' menor e por conse$u!ncia acapacidade t'rmica ' maior e o resultado encontrado para C expdo calormetro$uando comparado com o Cte$rico' esperado.

5S Experimento

7oluo de HB1/?,: Com a densidade do HB1/ e sua massa molar

sendo con2ecidas


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preparar a soluo. ;or'm, o (cido ' comercializado em torno de JU, por isso+oi +eita uma regra de tr!s a mais para a%uste do valor necess(rio.

?,FNg *** ? ml

J/,g *** Y Z xG F5,M ml

F5,M ml *** JU

Y *** ?U Z xG J,FN ml

;ara ? ml de soluo J,FNX? G J, ml de (cido.

7oluo de Ba1H ?,: Como a massa molar do Ba1H ' Fg, para sa&er a$uantidade necess(ria para ? ml de soluo ?, :, +oi s9 dividir esse valor por?. 1&teve*se como resultado Fg de Ba1H a ser pesado na &alana analtica.

Essa pesagem deve ser +eita de maneira r(pida devido ao 2idr9xido seraltamente 2igrosc9pico.

"s temperaturas medidas no experimento +oram

TemperaturaBa1H 5NWCHB1/ 5MWC

E$uil&rio /N,WC

C(lculo do Calor do Calormetro

"cal=Ccal .( TeqT(a)H)

"cal=14,28. (38,528 )

"cal=149,94 cal

C(lculo do Calor do Hidr9xido de 79dio

;ara os c(lculos considerar o calor especfco e a massa especfca comosendo aproximadamente ?, calXg.C e ?, gXcm/, respectivamente.

"(a)H=m(a)H. c(a)H. (TeqT(a)H)

"(a)H=(50.1,0.1,0 ) . (38,528 )


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"cal=525 cal

C(lculo do Calor do Rcido Btrico

"H()3=mH()3 . cH()3. (TeqTH()3 )

"H()3=(50.1,0.1,0) . (38,527 )

"cal=575 cal

C(lculo da Entalpia de Beutralizao ExperimentalJ0

n(a)H=nH()3

n=Volsol . [(a)H]

n=0,1l .1*=0,1mol

Hm=(" cal+"(a)H+"H()

3)

n

Hm=(149,94+525+575 )

0,1

Hm=12,5+cal

mol

)urante o experimento 2ouve +al2a na 2ora de determinar a temperaturade e$uili&ro, pois com o passar do tempo a soluo presente comeou a interagircom o calormetro e a temperatura aumentou drasticamente. Ento +oi adotadauma temperatura intermedi(ria in3uenciando diretamente na preciso doresultado.

;ara $ual$uer reao de neutralizao $ue envolva (cidos e &ases +ortes a

entalpia de neutralizao ' em torno de *J, @[Xmol ou *?/,F @calXmol comoin+ormado no roteiro. Isso ocorre, pois (cidos e &ases +ortes dissociam $uase $ue


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completamente. Logo em meio a$uoso, para o (cido clordrico e o 2idr9xido des9dio tem*se

HCl8.


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"ced#do+md#s . cd#s . Td#s+Ccal . Tcal=0

"ced#do+100.0,94 . (3827 )+14,28. (3827 )=0

"ced#do=1,19 +cal

Hd#s=1190

0,1=11,9 +cal

" dissoluo de su&stncias, se%a um sal, (cido ou &ase, ocorre em (gua+ormando ons

NaOH + H2O Na+(aq) + OH-(aq)

;ara essa reao acontecer ' necess(ria energia para romper as liga6es

entre os (tomos de uma mol'cula. Essa energia pode ser c2amada de entalpiade dissoluo, $ue ' mani+estado como o calor envolvido na dissoluo de umasu&stncia em um solvente. Logo para uma dissoluo acontecer ' preciso levarem considerao o grau de desordem, a permissividade do meio e energia deinterao entre mol'culas do solvente e os ons do soluto. N0

+e acordo com a literatura a entalpia de dissociao hidr04ido de s0dio s0lido em

%gua em torno de 3()$2 BcalAmol$ logo nota3se uma certa discrepCncia entre o valor te0rico

e o e4perimental.

b* eutralizao,

aO/'a#* @ /8l'a#* Za8l'a#*@ /=O'l*

O aO/ utilizado para fazer esta neutralizao deveria ter sido o mesmo do

e4perimento anterior$ porm a soluo de %cido clordrico ainda no estava pronta foi

necess%rio preparar novamente o sistema aO/A/=O antes da adio do /8l.

6ntretanto a temperatura de e#uilbrio medida tambm foi de 7?>8$ a mesma

verificada ao final do primeiro item.+epois foram separados ()) ml do /8l (:$ #ue foi preparado de acordo com

os c%lculos ao final desta sesso. 6sta soluo foi posta em um b#uer para medir a

temperatura sendo verificado =?>8.


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"s soluDes foram postas para reagir no calormetro$ e ao entrarem em

e#uilbrio$ a temperatura anotada foi de 71>8.


"ced#do=(md#s (a)H. cd#s(a)H. Td#s (a)H+md#sHCl . cd#sHCl . Td#s HCl+Ccal . Tcal )

"ced#do=[100,1.0,94 . (3938 )+100.1,0 .1,001. (3928 )+14,28. (3938 )]

"ced#do=1,21 +cal

H2=1,14

0,1=12,1

+cal

mol

c* +issoluo e eutralizao,

-ara esta reao foi novamente preparada ()) ml de soluo de /8l ($): e

esta foi posta diretamente no calormetro e a temperatura do sistema anotada foi de

7?>8. 6sta temperatura no deveria ser to alta$ mas novamente devido aoimprevisto do calormetro no suportar as concentraDes utilizadas o /8l reagiu

imediatamente com o alumnio antes mesmo da adio do aO/ ao sistema

prejudicando todo o 7E e4perimento." massa de aO/ pesada para a reao foi de 5$))7g. "o dissolver todo

aO/ mediu3se a temperatura novamente$ e esta foi de &)>8.


"ced#do+md#sHCl .c d#sHCl . Td#sHCl+Ccal. Tcal=0

"ced#do=[100.1,001 . (5038 )+14,28. (5038 )=0 ]

"ced#do=1,37 +cal

H3=1,37

0,1=13,7

+cal

mol

8%lculos comuns aos itens F e 8,


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($(1g 333 ( ml

72$&g 333 4 Z4G 7)$2 ml

7)$2 ml 333 7H

I 333 ())H Z4G ?=$1 ml


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-ara ()) ml de soluo, ?=$1A() G 2$& ml de %cido.

Jerificao 64perimental da 9ei de /ess,

K.

H1=11,9+cal

mol

++)Haq

(a)Hs+H2 )l (aaq

KK.

+H2)l H2=12,1+cal

mol

++Claq (aaq

++Claq

+Haq

++)Haq

(aaq

KKK.

+H2)l H3=13,7+cal

mol

++Claq

(aaq

++Claq

(a)Hs+Haq

:ultiplica3se a primeira e a terceira e#uao por = e a segunda e#uao por 7 e por

fim$ inverte3se a terceira e#uao. "s mesmas operaDes efetuadas nas e#uaDes devem

ser feita em suas respectivas entalpias.

K. =

H1=23,8+calmol

++2)Haq

(a)Hs+2H2)l 2(aaq


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KK.

+3H2)l H2=36,3+cal

mol

++3Claq

3(aaq

++3Claq

+3Haq

++3)Haq

3(aaq

KKK.

H3=27,4+cal

mol

++2Claq

+2H2 )l 2(a)Hs+2Haq

++2Claq

2(aaq

Lomando as e#uaDes e cortando os termos iguais #ue estejam em lados opostos e

somando as entalpias chega3se na e#uao global de neutralizao e a entalpia obtida deve

ser o mais pr04ima possvel de 3(7$5 BcalAmol.

H++ OH- H2O(l) H4= +calmol

(. +onc!us#es

O resultado obtido para a capacidade calorfica foi de (5$=?cal

! C isso significa #ue

para cada (>8 de variao no sistema$ o calormetro utiliza (5$=? calorias de energia

trmica. 6ste valor muito importante pois ele interfere diretamente nos e4perimentos$ pois

o calor absorvido pelo calormetro levado em considerao. 8omparando os e4perimentos dois e trs nota3se #ue para diferentes %cidos a

entalpia de neutralizao sempre negativa$ portanto o sistema cede calor para o ambiente

e as reaDes so e4otrmicas$ o #ue condiz com as referncias consultadas.

" literatura informa #ue para #ual#uer reao de neutralizao envolvendo %cidos e

bases fortes$ independentemente da este#uiometria$ ser% 3(7$5 BcalAmol. O valor obtido

e4perimentalmente foi de 3(=$& BcalAmol$ para o %cido ntrico$ #ue apesar da diferena foi um

resultado muito pr04imo. Meforando esses dados para a reao de neutralizao com %cido

clordrico obteve3se uma entalpia de neutralizao de 3(=$( BcalAmol$ um valor tambm

bastante pr04imo do te0rico. -ara a entalpia de dissoluo do aO/ foi obtido um valor de

3(($1 BcalAmol en#uanto #ue o valor determinado pela literatura de 3()$2 BcalAmol.

"gora$ para a entalpia de dissoluo no possvel afirmar #ue todos os processos

sejam e4otrmicos. O NO7 uma dissoluo endotrmica$ logo possui uma entalpia


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positiva. O balano energtico ao final deste processo mostra #ue o sistema precisa retirar

energia na forma de calor das vizinhanas [1!.

+urante o e4perimento houve momentos de sucesso e momentos de interfernciassignificativas como no caso do e4perimento trs$ item c. O disparo na temperatura de

e#uilbrio do %cido clordrico com o calormetro prejudicou a verificao e4perimental da 9ei

/ess no #ual o valor obtido foi muito discrepante$ porm foi possvel confirmar #ue de fato o

estado intermedi%rio pelo #ual o sistema passa no interfere na entalpia final de #ual#uer

reao.

O mtodo calorimtrico apesar de simples pode acarretar uma srie de erros sejam

do pr0prio mtodo$ do e#uipamento ou do operador$ por isso necess%rio bastante

empenho durante a realizao da pr%tica. oi observado #ue #uanto maior o erro na

medio da temperatura de e#uilbrio maior ser% a diferena entre os valores e4perimentais

e os valores te0ricos. "pesar dos imprevistos a utilizao do calormetro recomendadopara determinao dos diferentes tipos de entalpia.

,. e-erncias /ib!io0rcas

?. "t@ins, ;eter, )e ;aula, [ulio * Asico 4umica, vol ?. O^ ed. _io de [aneiroLTC, 5?F

5. "t@ins, ;eter, )e ;aula, [ulio * Aundamentos * ^ ed. _io de [aneiro LTC,5??

/. C"7TELL"B, Qil&ert. Aundamentos de Asico*4umica * ?^ ed. LTC, ?ONJ

F. :ariano, T2iago, Cotrim, Al(via. Asico 4umica II * )eterminao do Calor deBeutralizao `5.+c.unesp.&rXlv$Xcalorbneutralizacao."cesso em 5de 1ut.5?

. :asterton,illiam, Hurle, Cecile. 4umica * ;rincpios e _ea6es J^ ed.LTC, 5?

J. 1. ". Hougen, . :. atson, and _. ". _agatz. C2emical process principle,

part II, t2ermodanamics, 5 ed. [o2n ile and 7ons, Be or@

1º relatório físico-química experimental

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