Calor Específico e Calor Latente de Fusão

[pic 1]

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

CENTRO DE CIËNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS – CCE

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

Prática 11:

Calor Específico e Calor Latente de Fusão

Objetivos

Determinar experimentalmente o calor específico e a capacidade calorífica do calorímetro, o calor específico da brita e também a temperatura inicial de uma pedra de gelo, usando os dados do calor latente de fusão da água e a capacidade calorífica do sistema.

Introdução

        A capacidade calorífica de um corpo relaciona o calor extraído da vizinhança para produzir um aumento de temperatura de um grau. Ela também pode ser expressa como calor específico (aumento de um grau em uma grama da substância) ou ainda capacidade calorífica molar (relacionada a um mol da mesma).

        A importância das avaliações das capacidades caloríficas a pressão constante (Cp) e a volume constante (Cv) de um sistema são as relações com as variáveis termodinâmicas: energia interna (U) e entalpia (H).

dU = CvdT(01)

dH = CpdT(02)

        Os processos a pressão constante são práticos apenas para sistemas gasosos ou parcialmente gasosos. Para tais:

 – = R (gás ideal)  (03)[pic 2][pic 3]

        Considerando que as fases condensadas (sólidos e líquidos) são praticamente incompreensíveis (volume constante), podemos fazer esta aproximação:

 = (sólidos e líquidos) (04)[pic 4][pic 5]

        O calor específico de um sólido pode ser determinado por um balanço energético de acordo com o Princípio de Conservação da Energia:

/Qabsorvido/ = /Qcedido/ (05)

        No caso específico da determinação da capacidade calorífica do calorímetro (massa mc) devemos colocá-lo inicialmente em equilíbrio térmico com a água (m2), a temperatura ambiente (T2), e posteriormente adicionar água fria (m1) a temperatura (T1) e esperar atingir o equilíbrio térmico final (Te), de tal forma que:

1m1(Te – T1) = (2m2 + Cc)(T2-Te)(06)  [pic 6][pic 7]

Ou        1m1(Te – T1) = (2m2 + mcc)(T2-Te)(07) [pic 8][pic 9][pic 10]

Onde     Cc = mcc  (08)[pic 11]

• Cc = capacidade calorifica do calorímetro;
• c = calor específico do calorímetro; [pic 12]
• 1 = calor específico da água fria;[pic 13]
• 2 = calor específico da água quente;[pic 14]
• 1m1(Te – T1) = calor absorvido pela massa de água fria a temperatura inicial T1;[pic 15]
• (2m2 + mcc) (T2-Te) = calor cedido pelo sistema com água a temperatura inicial T2.[pic 16][pic 17]

        Conhecida a capacidade calorífica do calorímetro pode ser determinada a capacidade calorífica ou calor específico de amostras problemas através da seguinte equação:

1m1(Te – T1) = (2m2 + Cc+ mxx)(T2-Te) (09)[pic 18][pic 19][pic 20]

• mxx = Cx : capacidade calorífica da amostra problema[pic 21]

        O calor latente de fusão (ΔHfus) é a quantidade de calor absorvida na transformação de uma unidade de massa (entalpia específica), ou unidade de quantidade de matéria (entalpia molar), da fase sólida para a líquida. Esta energia permite a separação das moléculas do arranjo ordenado no cristal para o desordenado da fase líquida.

        O ponto de fusão da água é de 0ºC, sob pressão externa de 1 atm.

        Para determinar a temperatura inicial do gelo (Tx), devemos escrever nosso balanço de energia incluindo agora o calor latente de fusão da massa do gelo utilizada no experimento.

1m1(Tf – Tx) + m1fus + 2m1(Te – Tf) = (2m2 + C)(T2 –Te)  (10)[pic 22][pic 23][pic 24][pic 25]

• m1 = massa do gelo;
• 1 = calor específico do gelo;[pic 26]
• m2= massa da água;
• 2 = calor específico da água;[pic 27]
• fus = entalpia específica de fusão (cal/g);[pic 28]
• f = temperatura de fusão (0ºC).[pic 29]

Metodologia

Reagentes e Equipamentos:

• Calorímetro da figura 01;

• Dois béqueres: de 250 ml e de 600 ml;

• Bastão e espátula;

• Profeta de 100 e 50 ml;

• Vidro de relógio;

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