Universidade Federal de Minas GeraisFsico-Qumica ExperimentalExperimentoClculo do calor de combustoFelipe Marques

Maro de 2015 Introduo

A calorimetria trata-se do estudo dos fenmenos decorrentes a troca calor em processos fsicos e qumicos. Denomina-se troca de calor a energia trmica que passa de um corpo mais quente para um corpo mais frio, assim a temperatura de um diminui enquanto que a do outro aumenta. A temperatura uma grandeza fsica associada vibrao ou agitamento das molculas de um corpo, portanto quanto maior for temperatura de um dado corpo, maior ser a agitao de suas molculas. A essa agitao pode-se denominar como movimento trmico. [1,2] Quando dois corpos que trocam calor alcanam a mesma temperatura dizemos que o sistema esta em equilbrio trmico, tem-se tambm que a temperatura nesse momento recebe o nome de temperatura de equilbrio. [1,2]

Equacionando podemos dizer que o equilbrio trmico dado por; [3]

Sendo Q = quantidade de calor

A temperatura pode ser medida em diferentes escalas, sendo as mais conhecidas a escala em graus Celsius (C), graus Fahrenheit (F) e Kelvin. Pode-se por convenincia transformar uma medida que esta em uma escala nas outras seguindo a seguinte relao:

Assim, todo corpo necessita de uma quantidade de energia (calor) para elevar sua temperatura e para essa relao temos a Capacidade calorfera ou Capacidade trmica como sendo:

No qual;C = Capacidade trmica

Q = Calor

= Variao de temperatura

Atravs de um calormetro possvel medir a energia liberada ou absorvida de algum fenmeno, como por exemplo, em uma reao qumica. Um dispositivo comumente usado a bomba calorimtrica adiabtica. Essa bomba utiliza um sistema de dois banhos-maria com agitamento constante e de igual temperatura que so constantemente acompanhadas e o deixa isolado para que no haja perda de energia para as vizinhanas caracterizando-o assim como sistema adiabtico. Outro ponto que o calormetro opera a volume constante e dessa forma a energia liberada dentro do sistema no transformada em trabalho (W = 0). Ao acontecer algum fenmeno que tenha troca de calor, esse calor ira ficar dentro do sistema e assim pode-se medir sem que haja perda alguma. Abaixo segue imagens para ilustrar o funcionamento da bomba calorimtrica.

Objetivos

Determinar o calor de combusto de uma determinada massa de cido benzoico. Parte ExperimentalO material usado consiste em um calormetro de bomba completo com um sistema de ignio, bomba de oxignio com regulador de presso, cido benzoico e um fio condutor fino de ferro-nquel.

Uma quantidade, de massa conhecida, de cido benzoico foi colocada dentro da bomba juntamente com dez centmetros do fio de ferro-nquel, a qual foi fechada e pressurizada com oxignio para que houvesse uma queima total da combusto. Assim ela foi colocada no banho duplo e fechada.

A partir de ento, foi esperado que estabilizasse a temperatura para assim dar a ignio e observar um aumento na temperatura.

Com a temperatura estvel foi anotado a temperatura, como temperatura inicial, assim que houve a ignio e a combusto a temperatura comeou a subir, fez-se algumas medies at que foi observada a queda da temperatura o que caracterizou o fim da liberao de energia pela combusto, nesse momento anotamos a temperatura como temperatura final. A bomba foi desmontada a vlvula de alvio foi aberta, mediu-se o comprimento do pedao de fio que sobrou.

Resultados

O calor de combusto foi calculado atravs dos dados obtidos e da equao, como segue:

Portanto,

Temos;

Massa do cido benzoico = 0,8505g

Massa molar do cido benzoico = 122,0g

Temperatura inicial = 77,95 F -> 25,52 CTemperatura final = 83,35 F -> 28,52 CVariao de temperatura = 3,00 CComprimento inicial do fio ferro-nquel = 10,0cm

Comprimento final do ferro-nquel = 2,0cm

Capacidade calorfera do cido benzoico = 2405cal C-1Assim:

Deve-se levar em considerao a quantidade de calor que o fio de ferro-nquel liberou durante a combusto, que por definio de 23,0cal/10,0cm. Como foi queimado 8,0cm temos que a quantidade de energia que o fio liberou foi de 18,4cal. Portanto:

Sabemos que essa quantidade de calor encontrada da combusto de 0,8505g de cido benzoico, pode-se encontrar o calor molar do mesmo, ou seja, a quantidade de calor liberada por mol de cido benzoico.

Expressando em SI temos:

Concluso Sabe-se, atravs da literatura [5] que o calor de combusto do cido benzoico de 3227 KJmol-1 e o encontrado experimentalmente foi de 4320,0 KJmol-1, valor encontrado com 30% de erro, porm pode-se dizer que o objetivo do experimento foi alcanado, levando em considerao que o experimento acadmico e no preciso. Logo, conhecemos o funcionamento de uma bomba calorimtrica de porte industrial e atravs das equaes da calorimetria foi possvel verificarmos e analisarmos um fenmeno qumico atravs da sua energia (calor). Pode-se dizer tambm que de suma importncia os estudos acerca de energias e da calorimetria, pois atravs dela que podemos verificar se um dado combustvel eficiente, como por exemplo, verificando a quantidade que o mesmo libera em uma combusto.Bibliografia

1. Resumo de fsica: Calorimetria; Disponvel em: Acesso em: 28/03/15 as 18:302. ATKINS, P.; PAULA J. Fsico-Qumica. 8 ed. Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos, v.1, 2008.3. Calorimetria, frmulas; Disponvel em Acesso em: 28/03/15 as 19:004. Equao de converso; disponvel em: Acesso em: 28/03/15 as 18:005. ATKINS, P.; JONES, L. Princpios de Qumica: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3 ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.Imagem 1: Bomba calorimtrica a volume constante. A bomba o vaso central, com paredes suficientemente robustas para suportar grandes presses. O calormetro (cuja capacidade calorfera tem de ser conhecida) o conjunto inteiro que aparece no esquema. Para garantir a adiabaticidade da operao, o calormetro trabalha imerso num banho-maria, cuja temperatura permanentemente ajustada de modo a ser igual do calormetro em etapa de combusto. [2]