Pratica fisico quimica

[pic 1]

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA

Instituto de Ciências Exatas

Departamento de Química
Curso de Licenciatura em Química à Distância

Relatório da Aula Prática Nº 01

Determinação da capacidade térmica específica de sólidos metálicos

Beatriz

Marco Gomes da Silva

Tatiane Barcellos Silva

Disciplina: Físico-Química Experimental I

Professor: Luiz Antônio Sodré Costa

Tutor(a) presencial: Simone do Carmo Oda

Polo: Juiz de Fora – MG

Março - 2015

Introdução

Em um sistema que receba uma determinada quantidade de calor Q, em que irá propiciar a variação de temperatura ∆t, sem mudanças de estado. Defina-se como capacidade térmica ou calorífica C do sistema a relação:

C=[pic 2]

O aparato base para o experimento, consiste em um recipiente isolado termicamente, denominado calorímetro, onde através de um termômetro foram acompanhas as leituras das transferências térmicas da água em diferentes temperaturas e volumes. Para se poder determinar a capacidade calorífica do calorímetro, ou seja, a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura deste em um grau Celsius, utiliza-se água em temperaturas distintas conhecidas, e através da transferência de calor entre a água a determinada temperatura, cuja capacidade calorífica é conhecida, consegue-se então obter a do calorímetro. No caso da determinação do calor específico de uma peça de metal pura, isto é a sua capacidade calorífica por unidade de massa, recorre-se ao mesmo princípio usado anteriormente. Induzindo na peça metálica uma temperatura conhecida superior à ambiente, tendo a água no calorímetro uma temperatura inferior à ambiente e capacidade calorífica conhecidas, obtém-se a capacidade calorífica por unidade de massa da peça metálica. Finalmente compara-se os valores obtidos experimentalmente com os valores tabelados e calculados teoricamente segundo os modelos de Debye e Dulong-Petit.

O modelo de Dulong-Petit elaborado em 1819 por Pierre Louis Dulong e Alexis

Thérèse Petit consiste na relação clássica entre o calor específico e as vibrações da estrutura cristalina dos sólidos. Esta visão clássica dos sólidos, baseada numa rede de osciladores ligados entre si (com o estado vibracional dependente de 6 graus de liberdade em que cada átomo realiza movimentos em todos os sentidos e direções) resultou num modelo muito simples válido para qualquer sólido independentemente da sua natureza, em que o calor específico era dado simplesmente por:

Cv=[pic 3]

Apesar da sua aparente simplicidade, este modelo é válido para sólidos com estruturas cristalinas simples a altas temperaturas. No entanto, a baixas a temperaturas o modelo falha devido à manifestação da natureza quântica da matéria. Para estas situações temos o modelo de Debye. Desenvolvido por Peter Debye em 1913 este modelo é traduzido matematicamente por:

Cv= = 9.R.. 0 dx .  [pic 4][pic 5][pic 6][pic 7]

                                                                             

onde θ é a chamada temperatura de Debye, específica para cada material.

        Objetivo

Temos como objetivo deste experimento calcular a capacidade térmica do calorímetro construído com uma  garrafa térmica e um termômetro e em seguida determinar a capacidade calorífera específica do cobre e zinco.

Materiais e Reagentes

• Uma garrafa térmica de 25m ml de volume com tampa (calorímetro);
• Dois termômetros com precisão de  0,1ºC;[pic 8]
• Pequenas chapas metálicas de cobre e zinco;
• Água destilada;
• Um Becker;
• Duas provetas de 100 ml;
• Balança analítica, capacidade de 500g
• Ebulidor.

Procedimento experimental

Parte A – Determinação da capacidade térmica do calorímetro

Procedimentos

1.  Colocou-se 100 ml de água destilada com uma temperatura entre 40-60 ºC em um calorímetro adiabático constituído de uma garrafa térmica de vidro de 250 ml aproximadamente;
2. Tampe o calorímetro munido de um termômetro e anote a temperatura indicada no termômetro. Mantenha o calorímetro fechado dessa forma e anote a temperatura aproximadamente a cada 30 s até que seis indicações iguais sejam anotadas. Esta é a temperatura Ti(q) inicial da água quente;
3. Simultaneamente, em uma proveta meça 100 ml de água destilada mantida à temperatura ambiente. Coloque um termômetro nesta proveta e determine a temperatura inicial Ti(f) da água fria;
4. Transfira rapidamente a água fria da proveta para o calorímetro contendo a água quente. Tampe imediatamente o calorímetro. Esta é uma etapa crucial para a introdução de erros experimental. Realize-a com eficiência;
5. Anote a temperatura da mistura da água quente com a água fria a cada 30 s, até que seis indicações iguais sejam anotadas. Essa será a temperatura final Tf do experimento;
6. Repita todo o procedimento fazendo combinações diferentes de volumes de água quente e água fria: 150 ml de água quente com 50 ml de água fria e 50 ml de água quente com 150 ml de água fria.

Resultados obtidos A

 

Tabela 1A: 100 ml de água fria com 100 ml de água quente.

100 ml de água fria	100 ml de água quente	200 ml da mistura
Tempo	Temperatura	Tempo	Temperatura	Tempo	Temperatura
0 seg.	25ºC	0 seg.	68ºC	0 seg.	45,5ºC
30 seg.	25ºC	30 seg.	67ºC	30 seg.	44ºC
60 seg.	25ºC	60 seg.	66ºC	60 seg.	44ºC
90 seg.	25ºC	90 seg.	65,5ºC	90 seg.	44ºC
120 seg.	25ºC	120 seg.	65ºC	120 seg.	44ºC
150 seg.	25ºC	150 seg.	65º	150 seg.	43,8ºC
180 seg.	25ºC	180 seg.	64,5ºC	180 seg.	43,5ºC
210 seg.	25ºC	210 seg.	64,5ºC	210 seg.	43,5ºC
240 seg.	25ºC	240 seg.	64ºC	240 seg.	43,5ºC
270 seg.	25ºC	270 seg.	64,5ºC	270 seg.	43,5ºC
300 seg.	25ºC	300 seg.	64,5ºC	300 seg.	-
330 seg.	25ºC	330 seg.	64ºC	330 seg.	-