Determinação Do Equivalente Em Água de Um Calorímetro - Físico-química Experimental

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM Instituto de Ciências Exatas - ICE Departamento de Química - DQ

1º RELATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL

MANAUS - AM 05 DE MAIO DE 2015

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM Instituto de Ciências Exatas - ICE Departamento de Química - DQ

DETERMINAÇÃO DO EQUIVALENTE EM ÁGUA DE UM CALORÍMETRO

ALUNOS: AYRTON LUCAS TELES TELES

21201646

JOSIANA MOREIRA MAR

21206535

LUANA LEÃO

21201434

WAGNER MOREIRA

21203673

MANAUS - AM 05 DE MAIO DE 2015

DETERMINAÇÃO DO EQUIVALENTE EM ÁGUA DE UM CALORÍMETRO

RESUMO O equivalente em água de um calorímetro foi determinado a partir da média e desvio padrão calculados, onde pode-se medir a variação das temperaturas da água quente e fria em função da variação de tempo e também do volume adicionado ao calorímetro. Calculou-se então os valores dos equivalentes em água do calorímetro, onde nota-se que há pequenas variações do equivalente quando há variação de temperatura e volume no calorímetro. Calculando-se o valor médio total de todas os procedimentos, obteve-se o equivalente em água (C) do calorímetro de 63,96 .℃− , com um desvio médio total de ±4,60, acima dos valores padrões adotados nos frascos de Dewar comercialmente, 20,00 .℃− , essa diferença de valores pode ser descrita devido a eventuais erros durante o processo.

INTRODUÇÃO Calorímetros são definidos como aparelhos para medir variações de energia em situações onde a temperatura desempenha um papel primordial. (SIMONI; JORGE 1990) Os calorímetros são uma família de importantes instrumentos destinados a medir variações de energia onde a temperatura desempenha um papel de destaque. Os calorímetros, de um modo geral, são formados por três partes básicas: vaso calorimétrico, ambiente e a parede. (CHAGAS, 1999)  A medida direta dos calores envolvidos nas reações químicas é uma parte da calorimetria a qual não é muito valorizada uma vez que muitas destas reações ocorrem sob condições que estão fora do alcance das medidas calorimétricas diretas. (WOLF, 2011) O calor especifico é a capacidade calorifica por unidade de massa. O calor é conservado e flui da substância mais quente para a mais fria até que suas temperaturas se igualem. (MOORE, 1976) Uma grande capacidade calorifica significa que uma dada quantidade de calor produz um pequeno aumento de temperatura. Uma pequena capacidade calorifica

significa que mesmo uma pequena quantidade de energia transferida na forma de calor produz um grande aumento de temperatura. (ATKINS, 2012). Torna-se essencial distinguir a capacidade calorífica no interior de um determinado calorímetro, possibilitando assim o cálculo da quantidade de calor que vem a ser absorvido ou liberado durante a reação. Tal conceito, de acordo com Russel, 1994, fundamenta-se na quantidade de calor essencial para aumentar a temperatura do sistema de 1ºC.  A determinação da capacidade calorífica de um calorímetro é realizada usandose água, desta forma tal experimento tem como objetivo verificar a r eprodutibilidade e os erros experimentais na determinação do equivalente em água de um calorímetro. Equivalente em água de um corpo é a massa de água que tem a mesma capacidade térmica do corpo, ou seja, é a massa de água que recebendo a mesma quantidade de calor fornecido ao corpo sofre a mesma elevação de temperatura que ele. Para sua determinação, utiliza-se o “Princípio das trocas de calor” (sem energizar o calorímetro), partindo de duas massas de água destiladas iguais, uma com temperatura aproximada de 10ºC abaixo da temperatura ambiente e a outra com temperatura 10ºC acima da temperatura ambiente. (DANO, 1985). Pelo princípio da conservação de energia, o calor cedido pela água quente deve ser igual ao calor recebido pela água fria e pelo calorímetro. Para uma mistura, podese aplicar a seguinte equação:

   .   .∆  =  .  ∆   +   .   .∆  

(1)

onde   se refere as massas de água quente (q) e fria (f),  é o calor específico da água na temperatura adequada, C é o equivalente em água do calorímetro,

∆  e ∆  são as variações de temperatura da água quente e fria (em módulo), respectivamente, e ∆  =  í     e ∆  =  í    . O objetivo deste experimento é verificar a reprodutibilidade e os erros experimentais na determinação do equivalente em água de um calorímetro e compará-lo com o valor de um recipiente adiabático, onde o sistema está isolado e não transfere calor para o meio ambiente, apresentado na literatura como um recipiente adiabático.

PARTE EXPERIMENTAL 

Material e Reagentes - Calorímetro composto por frasco de Dewar; - Termômetro; - Provetas de 100 e 250 ml. - Béquer 100 ml - Chapa aquecedora



(a)

Procedimento Experimental

Determinação do equivalente em água do calorímetro - Colocou-se no calorímetro 50 mL de água destilada na temperatura ambiente.  Agitou-se moderadamente, logo após iniciou-se o registro da temperatura do sistema a cada 20 segundos até que a temperatura se mantivesse constante. Com uma proveta previamente aquecida tomou-se uma amostra de 50 mL de água destilada aquecida e de temperatura conhecida, cerca de aproximadamente 10°C acima da temperatura ambiente. Adicionou-se rapidamente amostra de água morna no calorímetro. Agitou-se essa mistura e consequentemente anotou-se as temperaturas a cada 10 segundos, até que se mantivesse constante.

(b) Avaliação do erro (variação do volume) - Repetiu-se o procedimento (a) variando a quantidade de água destilada com volume de 100 mL de água destilada na temperatura ambiente e 100 mL de água destilada aquecida.

(c)

Avaliação do erro (variação da temperatura) - Repetiu-se os procedimentos (a) e (b) adicionando água destilada aquecida com cerca de 20°C acima da temperatura ambiente, com as quantidades de

água: 50 mL de água destilada na temperatura ambiente e 50 mL de água destilada aquecida. 100 mL de água destilada na temperatura ambiente e 100 mL de água destilada aquecida.

RESULTADOS E DISCUSSÃO Segundo Lavoisier, a substância do calor deveria ser um “fluido sutil” que ele

chamou de calórico. De acordo com a teoria, a quantidade de calórico no universo teria de ser conservada. Em particular, a quantidade total de calórico em um sistema isolado termicamente de sua vizinhança também deveria se conservar. A transferência de calor, de um corpo mais quente (que possuía mais calórico) para um mais frio, poderia ser tranquilamente entendida como o fluxo de calórico. Os valores dos equivalentes de água para os volumes de 50 e 100ml, e para a variação de 10ºC e 20ºC acima da temperatura ambiente foram tabelados, onde encontra-se no corpo deste relatório. Observou-se o calor recebido pela água fria, e o calor cedido pela água quente, e consequentemente, a temperatura em equilíbrio das soluções, e utilizando-se da equação (1), encontrou-se o valor correspondente para aquele volume e temperatura. Pode-se então plotar os gráficos da variação de tempo em função das temperaturas para cada mistura. Por fim, determinou-se o valor médio das temperaturas de água fria e quente, dos equivalentes em água no calorímetro, e seus respectivos desvios-padrões através de suas duplicatas.



Resultado do Equivalente (C) para 50 ml de água a 10º C acima da temperatura ambiente Os valores da variação da temperatura em razão do tempo para o volume de

água de 50mL com cerca de 10 ºC acima da temperatura analisada estão listados nas tabelas 1 e 2.

Tabela 1 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 50mL, medida 01. t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Média Desvio-padrão

Tf/ oC 27,30 27,20 27,10 26,90 26,70 26,60 26,50 26,50 26,40 26,40 26,30 26,30 26,30 26,65 ± 0,36

Tq/ oC 36,00 34,50 34,00 33,10 32,10 30,70 30,20 30,00 29,50 29,50 29,40 29,30 29,30 31,35 ± 2,32

Legenda: (Tf ) Temperatura fria, (Tq) Temperatura quente

 A partir dos dados coletados na 1ª medida obteve-se a curva tempo em função da variação da temperatura, montou-se o gráfico (Figura 1) para melhor visualização e análise. 36,00 35,00 34,00 33,00    C32,00     ⁰     /    a    r 31,00    u    t    a    r 30,00    e    p29,00    m    e    T 28,00

∆T

27,00 26,00 25,00 24,00 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo/ s

Figura 1. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 50mL cerca de 10ºC acima da temperatura ambiente.

 A variação total de temperatura da água fria (26,30 ºC) e da água quente (36,00ºC) é de ∆ = 9,70° , aproximadamente o valor da alteração solicitado. Pode-se analisar a partir deste experimento onde a água fria (T f ) após ser introduzida no calorímetro, com uma temperatura inicial de 27,30 ºC, possui um pequeno declínio de temperatura, até a temperatura permanecer constante em 26,30 ºC a partir de 100 segundos, ∆′ = 1,00°.  Após a introdução da água quente (T q) no calorímetro com temperatura de 36,00 ºC, cerca de 9,70 ºC acima da temperatura da água fria, observa-se um súbito aumento de temperatura da mistura (Tf + Tq), onde ao decorrer do tempo começa a decair, até o ponto onde apresenta uma temperatura em  equilíbrio no valor de 29,30 ºC a partir de 240 segundos (110 segundos após inserida no calorímetro), ∆′ = 6,70°. Conforme o cálculo teórico (Equação I), calculou-se do equivalente da água na mistura:

   .  .∆  =  . ∆  +    .   .∆  50 . (1 .− . ° − ) . |29,30°  36,0°| =  . |29,30℃  26,30℃| + 50. (1 . − . ° − ) |29,30℃  26,30℃|

 =

{[50. (1 .− . ° −) |29,30℃  36,0℃|]  [50 . (1 .− . ° −) . |29,30°  26,30°|]} |29,30℃  26,30℃|

 = ,  . ℃− Tabela 2 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 50mL, medida 02. t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tf/ oC 27,60 27,20 27,20 27,00 26,80 26,70 26,50 26,40 26,40 26,20 26,10

Tq/ oC 35,50 34,30 33,30 32,40 31,80 31,20 30,70 30,50 30,10 29,40 29,20

110 120 Média Desvio-Padrão

26,10 26,10 26,64 ± 0,49

29,10 29,10 31,28 ± 2,09

Legenda: (Tf ) Temperatura fria, (Tq) Temperatura quente

 A partir dos dados coletados na 2ª medida obteve-se a curva tempo em função da variação da temperatura, montou-se o gráfico (Figura 2) para melhor visualização e análise. 36,00 35,00 34,00 33,00    C     ⁰ 32,00     /    a    r 31,00    u    t    a    r    e 30,00    p    m    e 29,00    T

∆T

28,00 27,00 26,00 25,00 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo/ s

Figura 2. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 50mL cerca de 10ºC acima da temperatura ambiente, medida 2.

 A variação total de temperatura da água fria (26,10 ºC) e da água quente (35,50 ºC) é de ∆ = 9,40°, aproximadamente o valor da alteração solicitado. Pode-se analisar a partir deste experimento onde a água fria (T f ) após ser introduzida no calorímetro, com uma temperatura inicial de 27,60 ºC, possui um pequeno declínio de temperatura, até a temperatura permanecer constante em 26,10 ºC a partir de 100 segundos, ∆′ = 1,50°.  Após a introdução da água quente (T q) no calorímetro com temperatura de 35,50 ºC, cerca de 9,40 ºC acima da temperatura da água fria, observa-se um súbito aumento de temperatura da mistura (Tf + Tq), onde ao decorrer do tempo começa a decair, até o

ponto onde apresenta uma temperatura em  equilíbrio no valor de 29,10 ºC a partir de 240 segundos (110 segundos após inserida no calorímetro), ∆′ = 6,40°. Conforme o cálculo teórico (Equação I), calculou-se do equivalente da água na mistura:

   .   .∆  =  . ∆  +    .  .∆  50 . (1 . − . ° − ) . |29,10°  35,5°| =  . |29,10℃  26,10℃| + 50. (1 .− . ° − ) |29,10℃  26,10℃|

{[50. (1 .− . ° −) |29,10℃  35,5℃|]  [50 . (1 .− . ° −) . |29,10°  26,10°|]}  = |29,10℃  26,10℃|

 = ,  . ℃−

 Analisando os dois gráficos juntamente, pode-se nota certa proximidade nos valores, Figura 3. 37,00 36,00 35,00 34,00 33,00    C     ⁰ 32,00     /    a    r 31,00    u    t    a    r    e 30,00    p    m29,00    e    T

28,00 27,00 26,00 25,00 24,00 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo, s 2ª medida

1ª medida

Figura 3. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 50mL cerca de 10ºC acima da temperatura ambiente, medida 1 e 2.

Calculando a média dos equivalentes em água no calorímetro e o desvio-padrão do mesmo, temos:

Tabela 3 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 50mL, medida 01 e 02. Medida



Equivalente em água/

.℃−

1

61,67

2

56,67

Média

59,17

Desvio-Padrão

± 3,54

Resultado do Equivalente (C) para 100 ml de água a 10º C acima da temperatura ambiente Os valores da variação da temperatura em razão do tempo para o volume de

água de 100mL com cerca de 10 ºC acima da temperatura analisada estão listados nas tabelas 4 e 5. Tabela 4 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 100mL, medida 01. t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Média Desvio-padrão

Tf/ oC

Tq/ oC

24,40

33,00

24,10

31,80

23,90

30,30

23,90

29,60

23,70

28,80

23,30

27,80

22,90

27,50

22,80

26,90

22,80

26,70

22,70

26,60

22,60

26,50

22,30

26,30

22,30

26,30

23,21

28,32

±0,71

±2,23

Legenda: (Tf ) Temperatura fria, (Tq) Temperatura quente

 A partir dos dados coletados na 1ª medida obteve-se a curva tempo em função da variação da temperatura, montou-se o gráfico (Figura 4) para melhor visualização e análise.

34,00 33,00 32,00 31,00 30,00

   C     ⁰     / 29,00    a    r    u    t 28,00    a    r 27,00    e    p    m26,00    e    T

∆T

25,00 24,00 23,00 22,00 21,00 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo, s

Figura 4. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 100mL cerca de 10ºC acima da temperatura ambiente.

 A variação total de temperatura da água fria (22,30 ºC) e da água quente (33,00 ºC) é de ∆ = 10,70°, aproximadamente o valor da alteração solicitado. Pode-se analisar a partir deste experimento onde a água fria (T f ) após ser introduzida no calorímetro, com uma temperatura inicial de 24,40 ºC, possui um pequeno declínio de temperatura, até a temperatura permanecer constante em 22,30 ºC a partir de 110 segundos, ∆′ = 2,10°.  Após a introdução da água quente (T q) no calorímetro com temperatura de 33,00 ºC, cerca de 10,70 ºC acima da temperatura da água fria, observa-se um súbito aumento de temperatura da mistura (Tf + Tq), onde ao decorrer do tempo começa a decair, até o ponto onde apresenta uma temperatura em  equilíbrio no valor de 26,30 ºC a partir de 240 segundos (110 segundos após inserida no calorímetro), ∆′ = 6,70°. Conforme o cálculo teórico (Equação I), calculou-se do equivalente da água na mistura:

   .   .∆  =  . ∆  +    .  .∆  100 . (1 . −. ° − ) . |26,30°  33,0°| =  . |26,30℃  22,30℃| + 100.(1 .− . ° − ) |26,30℃  22,30℃|

 = ,  . ℃− Tabela 5 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 100mL, medida 02. t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Média Desvio-Padrão

Tf/ oC

Tq/ oC

24,50

33,00

24,30

32,10

24,00

31,00

23,80

29,80

23,70

29,10

23,50

28,60

23,50

28,30

23,40

27,80

23,30

27,30

23,30

27,00

23,10

26,90

23,00

26,70

23,00

26,70

23,57

28,79

±0,48

±2,11

Legenda: (Tf ) Temperatura fria, (Tq) Temperatura quente

 A partir dos dados coletados na 2ª medida obteve-se a curva tempo em função da variação da temperatura, montou-se o gráfico (Figura 5) para melhor visualização e análise

34,00 33,00 32,00 31,00 30,00

   C     ⁰     / 29,00    a    r    u    t 28,00    a    r 27,00    e    p    m26,00    e    T

∆T

25,00 24,00 23,00 22,00 21,00 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo, s

Figura 5. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 100mL cerca de 10ºC acima da temperatura ambiente, medida 2.

 A variação total de temperatura da água fria (23,00 ºC) e da água quente (33,00 ºC) é de

∆ = 10,00°, o valor da alteração solicitado. Pode-se analisar a partir deste experimento onde a água fria (T f ) após ser introduzida no calorímetro, com uma temperatura inicial de 24,50 ºC, possui um pequeno declínio de temperatura, até a temperatura permanecer constante em 23,00 ºC a partir de 110 segundos, ∆′ =

0,73° .  Após a introdução da água quente (T q) no calorímetro com temperatura de 33,00 ºC, cerca de 10,00 ºC acima da temperatura da água fria, observa-se um súbito aumento de temperatura da mistura (Tf + Tq), onde ao decorrer do tempo começa a decair, até o ponto onde apresenta uma temperatura em  equilíbrio no valor de 26,70 ºC a partir de 240 segundos (110 segundos após inserida no calorímetro), ∆′ = 6,30°. Conforme o cálculo teórico (Equação I), calculou-se do equivalente da água na mistura:

   .   .∆  =  . ∆  +    .  .∆  50 . (1 .− . ° − ) . |26,70°  33,00°| =  . |26,70℃  23,00℃| + 50. (1 .− . ° − ) |26,70℃  23,00℃|

 = ,  . ℃−

 Analisando os dois gráficos juntamente, pode-se nota certa proximidade nos valores, Figura 6. 34,00 33,00 32,00 31,00 30,00    C     ⁰ 29,00     /    a    r 28,00    u    t    a    r    e 27,00    p    m    e 26,00    T

25,00 24,00 23,00 22,00 21,00 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo, s 2ª medida

1ª medida

Figura 6. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 100mL cerca de 10ºC acima da temperatura ambiente, medida 1 e 2.

Calculando a média dos equivalentes em água no calorímetro e o desvio-padrão do mesmo, temos: Tabela 6 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 100mL, medida 01 e 02.

Medida

Equivalente em água/

.℃−

1

67,50

2

70,27

Média

68,89

Desvio-Padrão

±1,96



Resultado do Equivalente (C) para 50 ml de água a 20º C acima da temperatura ambiente Os valores da variação da temperatura em razão do tempo para o volume de

água de 50mL com cerca de 20 ºC acima da temperatura analisada estão listados nas tabelas 7 e 8. Tabela 7 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 50mL, medida 01.

t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Média Desvio-padrão

Tf/ oC

Tq/ oC

27,50

46,00

26,80

43,30

26,60

40,30

26,50

38,30

26,40

36,40

26,20

35,60

26,00

34,50

25,90

33,40

25,60

32,60

25,40

32,00

25,20

31,60

25,00

31,40

25,00

31,40

26,01

35,91

±0,76

±4,79

Legenda: (Tf ) Temperatura fria, (Tq) Temperatura quente

 A partir dos dados coletados na 1ª medida obteve-se a curva tempo em função da variação da temperatura, montou-se o gráfico (Figura 7) para melhor visualização e análise.

46,00 45,00 44,00 43,00 42,00 41,00 40,00 39,00    C38,00     ⁰     / 37,00    a    r 36,00    u    t    a    r 35,00    e 34,00    p    m33,00    e    T 32,00 31,00 30,00 29,00 28,00 27,00 26,00 25,00 24,00

∆T

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo, s

Figura 7. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 50mL cerca de 20ºC acima da temperatura ambiente.

 A variação total de temperatura da água fria (25,00 ºC) e da água quente (46,00 ºC) é de ∆ = 21,°, aproximadamente o valor da alteração solicitado. Pode-se analisar a partir deste experimento onde a água fria (T f ) após ser introduzida no calorímetro, com uma temperatura inicial de 27,50 ºC, possui um pequeno declínio de temperatura, até a temperatura permanecer constante em 25,00 ºC a partir de 110 segundos, ∆′ = 2,50°.  Após a introdução da água quente (T q) no calorímetro com temperatura de 46,00ºC, cerca de 21,00 ºC acima da temperatura da água fria, observa-se um súbito aumento de temperatura da mistura (Tf + Tq), onde ao decorrer do tempo começa a decair, até o ponto onde apresenta uma temperatura em  equilíbrio no valor de 31,40 ºC a partir de 230 segundos (100 segundos após inserida no calorímetro), ∆′ = 14,60°. Conforme o cálculo teórico (Equação I), calculou-se do equivalente da água na mistura:

   .   .∆  =  . ∆  +    .  .∆  50 . (1 .− . ° −) . |31,40°  46,0°| =  . |31,40℃  25,0℃| + 50. (1 .−. ° − ) |31,40℃  25,0℃|

 = ,  . ℃− Tabela 8 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 50mL, medida 02. t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Média Desvio-Padrão

Tf/ oC

Tq/ oC

27,10

45,50

26,50

43,80

26,50

41,90

26,20

40,90

26,10

39,20

25,80

38,00

25,50

36,80

25,30

35,00

25,10

33,20

25,10

32,00

25,10

31,80

25,10

31,50

25,10

31,50

25,73

37,01

±0,69

±4,95

Legenda: (Tf ) Temperatura fria, (Tq) Temperatura quente

 A partir dos dados coletados na 2ª medida obteve-se a curva tempo em função da variação da temperatura, montou-se o gráfico (Figura 08) para melhor visualização e análise

46,00 45,00 44,00 43,00 42,00 41,00 40,00    C39,00     ⁰ 38,00     / 37,00    a    r 36,00    u    t    a    r 35,00    e 34,00    p 33,00    m    e 32,00    T 31,00 30,00 29,00 28,00 27,00 26,00 25,00 24,00

∆T

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo, s

Figura 8. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 50mL cerca de 20ºC acima da temperatura ambiente, medida 2.

 A variação total de temperatura da água fria (25,10 ºC) e da água quente (45,50 ºC) é de ∆ = 20,40°, próximo ao valor da alteração solicitado. Pode-se analisar a partir deste experimento onde a água fria (T f ) após ser introduzida no calorímetro, com uma temperatura inicial de 27,10 ºC, possui um pequeno declínio de temperatura, até a temperatura permanecer constante em 25,10 ºC a partir de 90 segundos, ∆′ = 2,00°.  Após a introdução da água quente (T q) no calorímetro com temperatura de 45,50 ºC, 20,40 ºC acima da temperatura da água fria, observa-se um súbito aumento de temperatura da mistura (Tf + T q), onde ao decorrer do tempo começa a decair, até o ponto onde apresenta uma temperatura em  equilíbrio no valor de 31,50 ºC a partir de 240 segundos (1b10 segundos após inserida no calorímetro), ∆′ = 14,00°. Conforme o cálculo teórico (Equação I), calculou-se do equivalente da água na mistura:

   .   .∆  =  . ∆  +    .  .∆  50 . (1 .− . ° − ) . |31,50°  45,50°| =  . |31,50℃  25,10℃| + 50.(1 .− . ° − ) |31,50℃  25,10℃|

 = ,  . ℃−  Analisando os dois gráficos juntamente, pode-se nota certa proximidade nos valores, Figura 9. 46,00 45,00 44,00 43,00 42,00 41,00 40,00 39,00    C     ⁰ 38,00     / 37,00    a    r 36,00    u    t    a    r 35,00    e 34,00    p    m33,00    e 32,00    T 31,00 30,00 29,00 28,00 27,00 26,00 25,00 24,00 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo, s 2ª medida

1ª medida

Figura 9. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 50mL cerca de 20ºC acima da temperatura ambiente, medida 1 e 2.

Calculando a média dos equivalentes em água no calorímetro e o desvio-padrão do mesmo, temos: Tabela 9 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 50mL, medida 01 e 02. Medida

Equivalente em água/

.℃−

1

64,06

2

59,38 61,72 ±3,31

Média Desvio-Padrão



Resultado do Equivalente (C) para 100 ml de água a 20º C acima da temperatura ambiente Os valores da variação da temperatura em razão do tempo para o volume de

água de 100mL com cerca de 20 ºC acima da temperatura analisada estão listados nas tabelas 10 e 11. Tabela 10 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 100mL, medida 01. t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Média Desvio-padrão

Tf/ oC

Tq/ oC

26,00

44,50

25,80

42,80

25,40

41,20

25,10

39,50

24,70

38,60

24,60

36,30

24,30

34,80

24,10

33,70

24,00

32,50

23,90

31,90

23,90

31,70

23,90

31,70

23,90

31,70

24,58

36,22

±0,76

±4,61

Legenda: (Tf ) Temperatura fria, (Tq) Temperatura quente

 A partir dos dados coletados na 1ª medida obteve-se a curva tempo em função da variação da temperatura, montou-se o gráfico (Figura 10) para melhor visualização e análise.

46,00 45,00 44,00 43,00 42,00 41,00 40,00 39,00 38,00    C     ⁰ 37,00     / 36,00    a    r 35,00    u    t    a    r 34,00    e 33,00    p 32,00    m    e 31,00    T 30,00 29,00 28,00 27,00 26,00 25,00 24,00 23,00 22,00

∆T

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo, s

Figura 10. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 100mL cerca de 20ºC acima da temperatura ambiente.

 A variação total de temperatura da água fria (23,90 ºC) e da água quente (44,50 ºC) é de ∆ = 20,60, °, aproximadamente o valor da alteração solicitado. Pode-se analisar a partir deste experimento onde a água fria (T f ) após ser introduzida no calorímetro, com uma temperatura inicial de 26,00 ºC, possui um pequeno declínio de temperatura, até a temperatura permanecer constante em 23,90 ºC a partir de 90 segundos, ∆′ = 2,10°.  Após a introdução da água quente (T q) no calorímetro com temperatura de 44,50ºC, cerca de 20,60 ºC acima da temperatura da água fria, observa-se um súbito aumento de temperatura da mistura (Tf + Tq), onde ao decorrer do tempo começa a decair, até o ponto onde apresenta uma temperatura em  equilíbrio no valor de 31,70 ºC a partir de 230 segundos (100 segundos após inserida no calorímetro), ∆′ = 12,80°. Conforme o cálculo teórico (Equação I), calculou-se do equivalente da água na mistura:

   .   .∆  =  . ∆  +    .  .∆  100 . (1 . −. ° − ) . |31,70°  44,50°| =  . |31,70℃  23,90℃| + 100. (1 . − . ° − ) |31,70℃  23,90℃|

 = ,  . ℃−

Tabela 11 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 100mL, medida 02. t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Média Desvio-Padrão

Tf/ oC

Tq/ oC

27,50

45,00

26,80

43,50

26,50

42,20

26,20

41,20

26,00

39,80

25,80

37,40

25,50

35,70

25,30

34,40

25,10

33,40

25,10

32,80

25,10

32,50

24,90

32,40

24,90

32,40

25,75

37,13

±0,82

±4,66

Legenda: (Tf ) Temperatura fria, (Tq) Temperatura quente

 A partir dos dados coletados na 2ª medida obteve-se a curva tempo em função da variação da temperatura, montou-se o gráfico (Figura 11) para melhor visualização e análise 46,00 45,00 44,00 43,00 42,00 41,00 40,00 39,00 38,00    C     ⁰ 37,00     / 36,00    a    r 35,00    u    t    a    r 34,00    e 33,00    p    m32,00    e 31,00    T 30,00 29,00 28,00 27,00 26,00 25,00 24,00 23,00 22,00

∆T

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo, s

Figura 11. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 100mL cerca de 20ºC acima da temperatura ambiente, medida 2.

 A variação total de temperatura da água fria (24,90 ºC) e da água quente (45,00 ºC) é de ∆ = 20,10°, próximo ao valor da alteração solicitado. Pode-se analisar a partir deste experimento onde a água fria (T f ) após ser introduzida no calorímetro, com uma temperatura inicial de 27,50 ºC, possui um pequeno declínio de temperatura, até a temperatura permanecer constante em 24,90 ºC a partir de 110 segundos, ∆′ = 2,60°.  Após a introdução da água quente (T q) no calorímetro com temperatura de 45,00 ºC, 20,10 ºC acima da temperatura da água fria, observa-se um súbito aumento de temperatura da mistura (Tf + T q), onde ao decorrer do tempo começa a decair, até o ponto onde apresenta uma temperatura em  equilíbrio no valor de 32,40 ºC a partir de 240 segundos (110 segundos após inserida no calorímetro), ∆′ = 12,60° . Conforme o cálculo teórico (Equação I), calculou-se do equivalente da água na mistura:

   .   .∆  =  . ∆  +    .  .∆  100 . (1 . −. ° − ) . |32,40°  45,00°| =  . |32,40℃  24,90℃| + 50.(1 .− . ° − ) |32,40℃  24,90℃|

 = ,  . ℃−  Analisando os dois gráficos juntamente, pode-se nota certa proximidade nos valores, Figura 12. 46,00 45,00 44,00 43,00 42,00 41,00 40,00 39,00    C38,00     ⁰ 37,00     /    a    r 36,00 35,00    u    t    a    r 34,00    e 33,00    p32,00    m31,00    e    T 30,00 29,00 28,00 27,00 26,00 25,00 24,00 23,00 22,00 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0

Tempo, s 2ª medida

1ª medida

Figura 12. Variação da temperatura em função do tempo para o volume de água de 100mL cerca de 20ºC acima da temperatura ambiente, medida 1 e 2.

Calculando a média dos equivalentes em água no calorímetro e o desvio-padrão do mesmo, temos:

Tabela 12 - Variação da temperatura em função do tempo durante a determinação do equivalente em água para volume de água de 100mL, medida 01 e 02. Equivalente em água/

Medida

.℃−

1

64,10

2

68,00

Média

66,05

Desvio-Padrão

±2,75

Tabela 13 - Variação do equivalente em água do calorímetro em função do volume e temperatura da água. Equivalente em água 50 mL ±10º C (.℃−)

Equivalente em água 100 mL ±10º C (.℃− )

Equivalente em água 50 mL ±20º C (.℃− )

Equivalente em água 100 mL ±20º C (.℃− )

Medida 1

61,67

67,50

64,06

64,10

Medida 2

56,67

70,27

59,38

68,00

Média Desviopadrão

59,17

68,89

61,72

66,05

±3,54

±1,96

±3,31

±2,76

Calculando-se o valor médio total de todas os procedimentos, teremos o equivalente em água (C) do calorímetro é de 63,96 .℃− , com um desvio médio total de ±4,60. Teoricamente, o calor cedido pela água quente deveria ser igual ao calor recebido pela água fria. Exemplificando através de um dado obtido nesses experimento, temos que em 50 mL de água com acréscimo de 9,70ºC

á  = 26,30 ℃

á  = 36,00 ℃

á  = 29,30 ℃

Pode-se dizer que houve um acréscimo de temperatura na água fria, ou seja, a

água fria recebeu calor da água quente, acréscimo de 3,00℃ e na água fria cedeu respectivamente, perda de 6,70℃. No entanto, levando em consideração um calorímetro ideal, onde o sistema está isolado e não transfere calor para o meio ambiente, teríamos á



= 31,15 ℃, onde

os valores de perda e ganho de calor para a água quente e fria, respectivamente, seriam iguais a 4,85 ℃. Portanto, pode dizer que o calorímetro absorveu parte desse calor, ou seja, 1,85 ℃ foram absorvidos pelo calorímetro, ignorando os demais fatores envolvidos na absorção de calor durante o experimento. Conforme SERWAY (2008), todo material, por mais isolante térmico que seja é capaz de absorver calor durante o processo, ou seja, parte do calor cedido pela água quente foi absorvido pela frasco de Dewar. Existem outros fatores que também podem ter influenciado na perda da idealidade. Dentre eles pode-se citar o tempo de transferência do líquido quente para o líquido frio, o tempo que o calorímetro permaneceu aberto ao receber a água quente, o tempo de uso do frasco de Dewar, estabilidade de temperatura da água quente levando em conta a temperatura ambiente influencia durante a transferência do líquido, erros na aferição das eventuais temperaturas. Para correção desses possíveis erros, seria necessária maior rapidez no momento da adição da água quente, termômetros mais precisos e novos, frasco de Dewar em melhor estado.

CONCLUSÃO  A partir do que foi realizado e observado no calorímetro, determinou-se valores de equivalentes de água para situações em que o volume e a temperatura variavam conforme a variação do tempo e tirou-se a média e o desvio padrão dos valores obtidos para analisar a capacidade calorífica do mesmo. O valor que se obteve está acima dos calorímetros vendidos atualmente pelas industrias, 20,00 .℃− , cerca de condizente ao permitido aos fabricantes de calorímetros, ou seja, 63,96 .℃− , com um desvio médio total de ±4,60, valor de equivalente abaixo do aceitável pelo padrões, esse valor pode ser justificado pelos eventuais erros descritos.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS  ATKINS, Peter. Princípios de química: questionando a vida moderma e o meio ambiente. 5 ed. – Porto Alegre: Bookman, 2012. CHAGAS, Aécio Pereira. Termodinâmica química: fundamentos métodos e aplicações. Editora da Unicamp. São Paulo, 1999. DANO, Higino S., Física Experimental I e II, Caxias do Sul, Editora da Universidade de Caxias do Sul, 1985. MOORE, Walter John. Físico – Química. Volume 1, 4ª edição Americana. São Paulo: Blucher, 1976. RUSSEL, J.B. Química Geral. 2ª ed, Trad. M. A. Brotto et al, São Paulo: Makron Books do Brasil Editora Ltda, 1994. SERWAY, Raymond A; JR., John W. Jewett. Princípios de física: movimento ondulatório e termodinâmica. São Paulo: Cengage Learning, 2008. SIMONI, J.A.; JORGE, R.A. Química Nova, 13 (1990) 108-111. WOLF, Lúcia Daniela et al. Construção de um calorímetro simples para determinação da entalpia de dissolução.  Eclet. Quím. [online]. 2011, vol.36, n.2, pp. 69-83.