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  • Fsico-Qumica Experimental I Bacharelado em Qumica Engenharia Qumica Prof. Dr. Sergio Pilling

    Prtica 1 Termoqumica. Introduo calorimetria. Determinao de calor de neutralizao (reao cido-base) e calor de dissoluo de slidos. Verificao experimental da lei de Hess.

    Objetivos: Nesta pratica iremos fazer uma reviso dos conceitos de calorimetria e introduziremos o conceito de variao entalpia. Durante as etapas experimentais ser determinada a capacidade trmica de um dado calormetro, o calor de neutralizao (reao cido-base) e calor de dissoluo de slidos. Por fim, faremos uma verificao experimental da lei de Hess que mostra que a quantidade de calor associada a uma transformao qumica dependa apenas dos estados inicial e final dos reagentes no importando a trajetria ou as etapas empregadas na transformao. 1) Introduo a calorimetria

    Calorimetria a parte da fsica que estuda as trocas de energia entre corpos ou sistemas quando essas trocas se do na forma de calor. Calor significa uma transferncia de energia trmica de um sistema para outro, ou seja: podemos dizer que um corpo recebe calor, mas no que ele possui calor. A Calorimetria uma ramificao da termologia.

    Definies importantes: Calor - Energia trmica que flui de um corpo para outro em virtude da diferena de temperatura

    entre eles. Pode ser adicionado ou removido de uma substncia. medido em calorias ou joules (1 Cal=4,18 J).

    Capacidade trmica (C) - a capacidade de um corpo de mudar sua temperatura ao receber ou liberar calor. Ela dada como a razo entre a quantidade de calor e a variao de temperatura:

    TQC

    =

    onde C capacidade trmica do corpo (cal/ C). Q quantidade de calor trocada pelo corpo e T a variao de temperatura do corpo. Calor especfico (c): a capacidade especfica de uma substncia de mudar sua temperatura ao receber ou liberar calor para cada massa unitria que esta vier a se incluir. Isto quer dizer que a Capacidade Trmica de um corpo dada pelo Calor Especfico da substncia que o compe e sua massa. A calor especifico definido como

    TmQ

    mCc

    ==

    onde C a capacidade trmica do material, m a massa do material, Q o calor trocado T a variao de temperatura do corpo. A unidade usual para determinar o calor especfico cal / g 0C. No sistema internacional usa-se J/K.kg

    Obs. Uma caloria (1 cal): a quantidade de calor necessria para aquecer, sob presso normal, 1,0 g de gua de 14,5C a 15,5C. Fs.-Qui. Exp. 1 Pratica 1: Termoqumica 1

    http://pt.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_t%C3%A9rmicahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Termologiahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_internacional_de_unidadeshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_internacional_de_unidadeshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Capacidade_t%C3%A9rmicahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico
  • Equaes Fundamentais na Calorimetria

    Quantidade de Calor Sensvel: Ocorre mudana de temperatura nas substncias. TcmQ = .. Se Q > 0 (o corpo recebe calor) 0>T (o corpo se aquece).

    Se Q < 0 (o corpo cede calor) 0

  • 20/1 = Q/15 Q = 300 Cal, C = Q/ T = 300/30 C = 10 cal/C

    Calculo do calor especifico:

    Q = 300 cal, T = 30C, m = 50g

    Q = m.c.T 300 = 50.c.30 300 = 1500.c c = 0,2 cal/gC

    2) Calores de reao

    Na termodinmica e fsico-qumica, a termoqumica, tambm chamada de termodinmica qumica, o ramo da qumica que estuda o calor (energia) envolvido, seja absorvido, seja produzido, nas reaes qumicas e quaisquer transformaes fsicas, tais como a fuso e a ebulio, baseando-se em princpios da termodinmica. A termoqumica, genericamente, relacionada com a troca de energia acompanhando transformaes, tais como misturas, transies de fases, reaes qumicas, e incluindo clculos de grandezas tais como a capacidade trmica, o calor de combusto, o calor de formao, a entalpia e a energia livre.

    Como vimos, a termoqumica, diz respeito s mudanas de energia manifestadas como calor de reao ou variao de entalpia, H. Uma reao na qual o calor perdido pelos reagentes para o meio ambiente, dita exotrmica, onde

    H negativo; aquela onde o calor absorvido, chamada

    de endotrmica e o H positivo. Mudanas da energia podem tambm se manifestar como energia eltrica medidas em termos de voltagem requerida ou produzida e a quantidade de mudana qumica (energia eltrica = volts x coulombs). O trabalho executado contra uma fora externa, como presso

    Fs.-Qui. Exp. 1 Pratica 1: Termoqumica 3

  • atmosfrica, tambm deve ser considerado. A mxima quantidade de energia avalivel que um sistema qumico pode produzir medida pelas mudanas de energia livre, F(ou energia livre de Gibbs, G).

    Em linhas gerais, calor de reao pode ser classificado em categorias mais especficas: 1) Calor de formao: quantidade de calor envolvida na formao de um mol de substncia

    diretamente de seus elementos qumicos, nos seus estados normais: C(grafite) + O2(g) CO2(g) H (25C, 1atm) = -94,059 Kcal

    2) Calor de combusto: quantidade de calor envolvido na combusto de um mol de substncia combustvel, tais como carbono ou metano, em presena de excesso de oxignio.

    3) Calores de vaporizao: fuso, sublimao e soluo: referem -se s mudanas de estado ou hidratao (solvatao) de molculas ou ons;

    4) Calor de neutralizao: o calor envolvido quando um mol de gua produzido pela reao de um cido com uma base.

    5) Calor de reao: o calor envolvido quando um mol de reagente (substrato) consumido ou quando um mol de produto formado (como exemplo de calor de reao temos o calor de dissoluo de um slido em um solvente).

    6) Calor de soluo: Calor de soluo a variao de entalpia associada com a adio de uma dada quantidade de um soluto a uma certa quantidade de solvente. Em geral os valores de H em experimetos de diluio mostram que o calor de soluo depende da quantidade de solvente.

    7) Calor de diluio: O calor de diluio obtido a partir da adio de uma quantidade de solvente numa soluo. O calor de diluio de uma soluo depende da concentrao original da soluo e da quantidade do solvente adicionado. 3) Lei de Hess

    Fs.-Qui. Exp. 1 Pratica 1: Termoqumica 4

  • Fs.-Qui. Exp. 1 Pratica 1: Termoqumica 54) Procedimento experimental

  • As medidas de calor so executadas num calormetro, no qual o calor de reao medido pela mudana de temperatura da soluo ( T) em C; multiplicado pela massa da soluo e pelo calor especfico (cal/gC). Deve ser feita uma correo para o calor absorvido ou envolvido pelo calormetro. Tambm, nos casos de apreciveis diferenas de temperatura entre o calormetro e o ambiente, e caso a vedao insuficiente, necessrio realizar uma srie de leituras de temperaturas e num grfico utilizar estes valores em funo do tempo de agitao, obtendo-se por extrapolao a correta variao de temperatura da reao. Material utilizado - 1 proveta - 1 funil de vidro - 1 pisseta para gua destilada - 2 beckers (250 mL) - 1 calormetro (250mL) + 1 termmetro - Fonte de aquecimento (1 bico de Bunsen, resistncia ou aquecedor) - Balana analtica Reagentes - 600 mL de gua destilada - 16 g de NaOH slido - 400 mL de uma soluo de HCl 1M EXPERIMENTO 1 - Determinao da capacidade trmica ou calorfica do calormetro (Ccal)

    Esta determinao necessria porque o calormetro troca calor com o sistema que est sendo investigado no seu interior. Este processo denominado de calibrao. A calibrao feita pela mistura, no interior do calormetro, de quantidades conhecidas de gua fria e quente. A capacidade calorfica (C) definida (de modo simplificado) como sendo a quantidade de energia absorvida por um corpo para que sua temperatura aumente em 1C. Geralmente, a capacidade calorfica de um calormetro determinada colocando-se uma certa quantidade de gua fria (ex. 100 mL a 25C ) a uma determinada temperatura (Tf) em seu interior e mistura-se uma mesma quantidade de gua (ex. 100 mL a 70C ) uma outra temperatura mais quente (Tq). Mede-se a temperatura final (T), e calcula-se Ccal a partir da relao entre calor recebido (Qabsorvido) e calor cedido (Qcedido).

    A partir dessa expresso determinamos a capacidade calorfica do calormetro Ccal = mcal .ccal

    Adotamos o calor da calor especifico da gua cH2O= 1cal/g C e densidade da gua H2O = 1,0 g/ml. Assim ficamos para determinar experimentalmente a capacidade trmica do calormetro basta

    resolver a equao abaixo:

    cal

    Fs.-Qui. Exp. 1 Pratica 1: Termoqumica 6

  • Na figura abaixo mostrado um calormetro e os acessrios utilizados no experimento. Para essa prtica o bico de Bunsen pode ser substitudo pela chapa aquecedora.

    A partir da massa do calormetro e do calor especifico do cobre (c=0.094 cal/g C) estime a

    capacidade trmica do calormetro. Compare esse valor com o obtido experimentalmente. Discuta sobre o resultado encontrado.

    Obs. O valor da capacidade trmica do calormetro ser utilizado nos experimentos a seguir,

    logo sua determinao deve ser feita com bastante empenho.

    EXPERIMENTO 2 - Determinao do calor de reao de neutralizao (reaes cido-base)

    Vimos que a variao de calor que ocorre em uma reao qumica entre produtos e reagentes, a presso constante, chamada de entalpia de reao (H). A entalpia de uma reao entre um cido forte (AH) e uma base (BOH) denominada calor de neutralizao. Em soluo aquosa os cidos e bases fortes encontram-se completamente dissociados e o calor de neutralizao igual ao calor de dissociao da gua (com sinal contrrio), visto que:

    ou resumidamente:

    Nesse item cada grupo deve escolher uma das reaes abaixo para determinar o calor de neutralizao. Deve-se utilizar o mesmo calormetro j caracterizado no item anterior.

    Fs.-Qu