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SUMÁRIO
1. OBJETIVOS 3
2. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4
2. Determinação da constante calorimétrica 4
2. Determinação do calor de fusão do gelo 5
3. CONCLUSÃO 8
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 9
1. OBJETIVOS
A realização desta prática tem por objetivo calcular C (constante
calorimétrica) do calorímetro e determinar o calor de fusão do gelo, ou
seja, o calor absorvido por um mol do sólido quando se funde.
2. RESULTADOS E DISCUSSÕES
2. Determinação da constante calorimétrica
Em um calorímetro foi colocado 100 mL de água e anotado a temperatura
inicial como sendo 25,1°C. Foi pesada a massa do calorímetro como 124,9 g e
do calorímetro com 100 mL de água como 219,22 g. Em um bécher de 100 mL foi
aquecida a água até aproximadamente 60°C. Mediu-se 50 mL desta água e foi
verificado que sua temperatura era 60°C, e entornou-a dentro do calorímetro
imediatamente, fechando-o logo após. A massa do calorímetro com 150 mL de
água foi 266,94 g. Foi esperado mais um minuto agitando a água de vez em
quando, e por fim foi anotada a temperatura final do sistema que foi 35°C.
Com esses valores foi calculado C (constante calorimétrica) do calorímetro.
A capacidade calorífica de qualquer sistema é a quantidade de calor
necessária para elevar de um grau a temperatura do sistema. A unidade mais
empregada para capacidade calorífica é cal /°C.
O princípio fundamental da calorimetria é que não exista perda de calor
para o ambiente, por isso se utilizou o calorímetro. Como teoricamente não
há troca de calores com o ambiente, o calor fornecido por uma substância,
geralmente chamada de corpo quente, é igual ao calor ganho pela outra,
chamada de corpo frio (com sinal trocado).
Considerando uma substância de massa m e de calor específico c, o calor, Q,
necessário para variar a temperatura dessa substância de T, será dado por:
Sabe-se ainda que Qrecebido = Qcedido, e que a transferência de calor
sempre se dá do local que possui temperatura maior para o que possui
temperatura menor.
No experimento o sistema calorímetro + água fria era o que possuía menor
temperatura, e a água quente possuía maior temperatura. Por isso, foi
considerado como corpo frio um sistema calorimétrico composto de um
calorímetro com 100mL de água. Foi promovida trocas de calor entre este
sistema e 50mL de água quente.
Então com base nos dados coletados na prática pode-se calcular a capacidade
calorífica do calorímetro analisado, uma vez que já é conhecido o calor
específico da água como 1 cal / g °C.
Foi utilizada a seguinte equação para o cálculo da constante calorimétrica:
- c H2O . m H2O . ΔT H2O = C . ΔT (1)
Equação 1: Cálculo da constante calorimétrica
Primeiramente, encontrou as massas:
Massa da água fria = (Massa do calorímetro + água fria) – (Massa do
calorímetro) = 219,22g – 124,9 g = 94,32 g.
Massa da água quente = (Massa do calorímetro + água fria + água quente) –
(Massa do calorímetro + água fria) = 266,94 g – 219,22 g = 47,72 g.
Como Qrecebido = Qperdido, tem-se :
Qágua fria + Qcalorímetro = Qágua quente
C Δt + mágua fria x cágua x Δt = mágua quente x cágua x Δt
C = (mágua quente x cágua x Δtágua quente - mágua fria x cágua x Δtágua
fria) / Δtcalorímetro
C = [47,72 x 1 x (60 - 35) – 94,32 x 1 x (35 – 25,1)] / (35 – 25,1)
A capacidade calorífica do calorímetro analisado é aproximadamente 26,185
cal/°C
2. Determinação do calor de fusão do gelo
Para a determinação do calor de fusão do gelo foram postos 100 mL de água
em um calorímetro, anotando a temperatura inicial, ti =23°C.
A massa do calorímetro vazio é mcal= 104,99 g, e a massa do calorímetro com
água é mcal + água = 203,14 g.
Logo em seguida, um cubo de gelo foi colocado em uma placa de Petri e o
conjunto foi pesado, obtendo a massa mplaca+gelo= 74,850 g. Foi esperado
que o processo de fusão se iniciasse e então o gelo restante foi posto
dentro do calorímetro. O cuidado de esperar a fusão do gelo começar antes
de colocá-lo no calorímetro foi tomado para que se conhecesse a
temperatura inicial do gelo, neste caso, exatamente 0°C.
O sistema placa de petri + água resultante da fusão do gelo foi então
pesado, obtendo a massa mplaca+gelo= 53,830g. A massa do gelo (mgelo) posto
no calorímetro foi então calculada por diferença:
mgelo= mplaca+gelo – mplaca+água
mgelo= 74,850 g – 53,830 g
mgelo= 21,02 g
A mistura contida dentro do calorímetro foi então agitada durante cerca de
3 minutos para que ocorresse o total derretimento do gelo. Em seguida foi
medida a temperatura final, tf =8°C.
Sabe-se que durante a realização deste experimento as trocas de calor que
ocorreram foram as seguintes:
Qrecebido = Qcedido
Qágua + Qcalorímetro = Q gelo + Qgelo derretido
Q gelo = Qágua + Qcalorímetro - Qgelo derretido
Q gelo = (mágua * cágua * tágua) + (Ccalorímetro * tcalorímetro) – (mg *
cágua * tgelo d.)
Sendo:
mágua = mcal + água – mcal = 203,14g -104,99g = 98,15 g
tágua = tf,água – ti,água = 8°C – 23°C = 15°C
tcalorímetro = tágua = 15°C
mgelo= 21,02 g
tgelo = tf,g.- ti,g. = 8°C – 0°C = 8°C
C = constante calorimétrica do calorímetro obtida em 2.1 = 26,185cal / °C.
Logo:
Q gelo = [(98,15 g * 1 cal/g.°C * 15°C) + (26,185 cal/°C * 15°C) – (21,02 g
* 1 cal/g.°C * 8°C)]
Q gelo = 1475,25 cal + 392,775 cal -168,16 cal
Q gelo = 1699,865 cal
Se considerarmos L como sendo calor latente de fusão, então, pela expressão
L=Q/m, acha-se o resultado procurado:
L = Q / m
L = 1699,865 cal / 21,02 g
O calor latente do gelo é conhecido e o valor é Lf.g.=333.000J/kg, ou seja,
79,6 cal /g.
Logo, vê-se que o valor encontrado para o calor latente do gelo é muito
próximo ao já conhecido. A pequena diferença pode estar relacionada a erros
ou considerações inadequadas durante o procedimento.
3. CONCLUSÃO
Durante a realização desta prática foi possível observar que na primeira
parte do procedimento foi considerado que todo calor contido no corpo
quente (água quente) foi transferido para a água fria+calorímetro. Pode-se
afirmar que esta consideração é razoável, uma vez que de acordo com a Lei
Zero da Termodinâmica, dois corpos em contato durante certo tempo ficam em
equilíbrio térmico. Porém, para que isso ocorra, é necessário que o sistema
seja isolado.
O calorímetro é um recipiente composto de isopor para evitar a troca de
calor por condução, além disso, possui superfície espelhada para evitar a
troca de calor com o meio por radiação. Apesar de o calorímetro ser bom
isolante, ainda assim podem ter ocorrido trocas de calor entre ele e o meio
externo, e não somente com a água do seu interior. Essa troca pode ter
ocorrido devido a falhas ao utilizá-lo, porém estas são muito pequenas,
sendo assim, as influências do meio externo não são consideradas. Desta
forma, esta pequena quantidade de calor que pode ter sido perdida não foi
contabilizada nos cálculos, o que pode ter influenciado nos resultados
encontrados.
Com relação à segunda parte do procedimento o valor do calor latente
encontrado foi praticamente igual ao relatado na literatura, com uma
pequena diferença. Essa diferença pode ter ocorrido devido a fatores tais
como: erro ao fechar o calorímetro, podendo ocasionar trocas de calor com o
meio externo, a balança poderia não estar calibrada, erros na leitura das
medidas, entre outros.
Uma observação inadequada nos faria avaliar os termômetros como um dos
fatores causadores de erros, uma vez que estes comumente apresentam falhas
que influenciam na avaliação da temperatura, mas como nesse experimento o
que importava eram as diferenças de temperatura, os termômetros não
contribuíram com os erros experimentais.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CASTELLAN, Glibert; "Fundamentos de Fìsico-Quimica". 1ª edição, Rio de
Janeiro- RJ. Editora LTC, 1999.
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C = 26,185cal / °C
Q = m. c. "t
L = 80,869 cal/g
Q = m. c. t
L = 80,869 cal/g
