P ARTE B: D ETERMINAÇÃO DO C ALOR E SPECÍFICO DE UM S ÓLIDO

1. Esvazie e lave o calorímetro.

2. Repita o procedimento anterior, utilizando uma amostra de chumbo metálico.

T

D

1. Utilize as equações (1) a (4) e os valores de temperaturas obtidos na parte A para calcular a capacidade calorífica do sistema calorimétrico. 2. Utilizando a equação (4), os dados da segunda parte e o resultado

anterior, determine o calor específico do chumbo.

3. Compare seus resultados com os da literatura. Calcule o erro relativo e o absoluto e discuta sobre as diferenças.

Q

R

1. Os valores obtidos são satisfatórios?

2. Quais as possíveis fontes de erro ou limitações neste experimento? Para cada uma, tente dizer que efeito elas terão no resultado esperado dos experimentos.

B

1. ATKINS, P.W.; Físico-Química, 7ª Ed., RJ, Ed. LTC, 2004.

PRÁTICA N° 5:

DETERMINAÇÃO DO CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO, DISSOLUÇÃO E DILUIÇÃO

O

Determinar o calor de neutralização (em uma reação ácido-base) e dissolução (na solubilização de um soluto em água).

I

Calor pode ser definido como uma quantidade que se transfere de um corpo a outro como consequência exclusiva de uma diferença de temperatura entre ambos. A experiência mostra que a quantidade de calor recebida por um sistema, sob pressão constante, é proporcional ao acréscimo de temperatura produzido, ou seja:

q = C ×(T_f−T_i) , (1)

onde Ti e Tf são as temperaturas final e inicial do sistema, respectivamente, e C é

uma constante de proporcionalidade, denominada capacidade calorífica média, a qual depende da natureza, do estado físico e do tamanho do sistema. Se dividirmos a capacidade calorífica pela massa do sistema, obtém-se a capacidade calorífica específica, ou simplesmente calor específico, do sistema, c:

c = C

m ⇔ C = mc . (2)

De acordo com a primeira lei da termodinâmica, quando dois sistemas interagem e trocam energia, um deles ganha e o outro perde a mesma quantidade de energia. Desta forma, se os sistemas estiverem em temperaturas diferentes, a quantidade de energia trocada pode ser representada da seguinte forma:

q₁ = −q₂ ⇔ q₁ + q₂ = 0 , (3)

onde q1 é a quantidade de energia perdida pelo corpo 1 e q2 a quantidade de

energia ganha pelo corpo 2. Se substituirmos q1 e q2, teremos:

C₁×(T_f−T₁) = −C₂×(T_f−T₂) , (4) onde C1 e C2 são as capacidades caloríficas dos sistemas 1 e 2, T1 e T2 as

temperaturas iniciais dos sistemas 1 e 2 e Tf a temperatura final (de equilíbrio).

A quantidade de calor trocada entre um sistema e o meio externo é medida por meio de um calorímetro, que é um reservatório de calor de capacidade calorífica conhecida, cujas variações de temperatura fornecem as quantidades de calor recebidas de um sistema ou transferidas para este.

Calor de neutralização é o calor liberado quando um mol de um ácido reage com um mol de uma base, ambos em soluções diluídas. Ex.:

H_(aq)+ _{+ Cl} (aq) - _{+ Na} (aq) + _{+ OH} (aq) - _{→ Na} (aq) + _{+ Cl} ( aq) - _{+ H} 2O( ℓ) . (5) Observa-se experimentalmente que reações entre soluções diluídas de ácidos fortes e bases fortes são sempre acompanhadas do mesmo efeito térmico, e este, por sua vez, é totalmente devido à formação da água. Porém, se um ácido fraco for neutralizado por uma base forte, ou vice-versa, o efeito térmico será completamente diferente. Isto ocorre devido a vários processos simultâneos: alguns são exotérmicos, como a neutralização, e outros endotérmicos, como a ionização do ácido e da base. O calor medido é a soma de todos os processos: neutralização, ionização, solvatação, diluição, entre outros.

Calor integral de dissolução é a variação de entalpia associada com a adição de certa quantidade de um soluto a uma determinada quantidade de solvente, à temperatura e pressão constantes. Exs.:

I: HCl_(g) + 10H₂O_{( ℓ )} → HCl ·10H₂O_{( ℓ) ΔH}I = -16,608 kcal.mol-1. (6)

II: HCl_(g) + 25H₂O_{( ℓ )} → HCl ·25H₂O_{( ℓ)} ΔHII = -17,272 kcal.mol-1. (7)

Os processos acima representam os calores integrais de dissolução do HCl na água, à 25 °C. A diferença entre os processos  e  é a quantidade do solvente. Portanto, ΔH - ΔH representa o calor integral de diluição do HCl quando se

acrescentam 15 mols de água à solução de HCl do processo I.

A determinação do calor de neutralização e do calor integral de dissolução é feita a partir de um sistema calorimétrico, de acordo com:

Δ H_r = qr

n , qr = −qcal = −CcalΔ T ⇒ Δ Hr =

−C_calΔ T

n , (8)

onde ΔHr e qr são a entalpia e o calor da reação (neutralização e dissolução),

respectivamente, n o número de mols neutralizados e Ccal a capacidade calorífica

do calorímetro.

M

: E

& R

01 Frasco de Dewar (Garrafa Térmica/Calorímetro) de 500 mL; 01 Béquer de 200 mL + Proveta de 50 mL (ou 100 mL) + Funil; 01 Chapa Elétrica Aquecedora (ou Bico de Bunsen + Tripé de Ferro); 02 Termômetros (0-100 °C±0,5 °C);

HCl 1,0 mol/L + NaOH 1,0 mol/L (prepare-as se necessário); Nitrato de Sódio (NaNO3) ou Nitrato de Potássio (KNO3).

P

PARTE A: CALIBRAÇÃO DO CALORÍMETRO

1. Coloque 100 mL de água destilada, sob temperatura ambiente, no interior do recipiente calorimétrico (frasco de Dewar/garrafa térmica) e anote a temperatura (T1) de equilíbrio. Este conjunto (recipiente calorimétrico +

100 mL de água a temperatura ambiente) constitui o calorímetro a ser utilizado em todas as demais etapas da prática.

2. Aqueça 100 mL de água destilada até ~80 °C. Coloque 50 mL da água aquecida em uma proveta e a devolva. Repita este procedimento 3 vezes de modo que a proveta entre em equilíbrio térmico com a água aquecida. Finalmente, colete 50 mL da água aquecida em uma proveta, anote a temperatura (T2) e a transfira para o interior do calorímetro.

3. Espere o equilíbrio térmico ser alcançado e anote a temperatura (Tf). PARTE B: CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO DE UM ÁCIDO FORTEPORUMA BASE FORTE

1. Esvazie o calorímetro e lave-o cuidadosamente (com bastante água da torneira e depois com água destilada). Em seguida, coloque 50 mL de uma solução de NaOH 1,0 mol/L no interior do calorímetro e anote a temperatura (Ti) quando esta estiver constante.

2. Pegue 50 mL de uma solução de HCl 1,0 mol/L, à temperatura conhecida e igual à do interior do calorímetro (Ti; caso as temperaturas não sejam

iguais, deve-se esperar que até que as temperaturas estabilizem até atingirem a temperatura ambiente), e coloque-a (com auxílio de um funil, se necessário) sobre a solução de hidróxido de sódio do calorímetro.

3. Agite suavemente a mistura e anote a temperatura de equilíbrio (Tf). Note

que os 100 mL de água no interior do calorímetro foram restaurados.