Calor Específico E Calor Latente De Fusão

1. Objetivos

Determinação experimentalmente do calor específico (capacidade calorífica) de uma amostra problema e a temperatura de uma pedra de gelo, através dos dados do calor latente de fusão da água e a da capacidade calorífica do sistema.

2. Introdução

Para a termodinâmica e físico-química, a termoquímica pode ser chamada de termodinâmica química, uma vez que é o ramo da química que estuda o calor (energia) envolvido, absorvido ou produzido, nas reações químicas e em transformações físicas. Verifica-se que a termoquímica está relacionada com a troca de energia durante as transformações e inclui cálculos de grandezas tais como a capacidade térmica, o calor específico e o calor latente de fusão .

Além disso, é preciso intender o conceito de calor, uma vez que ele é fundamental em termodinâmica, pois “calor” é um processo no qual há fluxo de energia entre sistema e vizinhança devido a um gradiente de temperatura. Ele é uma grandeza que não depende do estado final e inicial e pode ser tido como uma “função de caminho” .

Considerando a figura a seguir:

Figura 1: Sistema-Vizinhança

Interpretam-se os seguintes dados:

• T=T’: O sistema e a vizinhança estão em equilíbrio térmico. Logo, não há transferência de energia entre estes;

• T>T’: A temperatura do sistema está maior. Assim, este irá perder energia para as vizinhanças;

• T<T’: Neste caso as vizinhanças que irão perder energia para o sistema.

Um exemplo prático seria: Dois corpos com suas respectivas temperaturas.

Para o corpo A: Para o corpo B:

TA TB

Supondo-se que ambos estão em contando e TA>TB implica-se que depois de um intervalo de tempo estabelecerá o equilíbrio térmico, tendo TA=TB. O corpo de maior temperatura esfriará e o de menor temperatura esquentará, atingindo a temperatura de equilíbrio. Podendo-se afirmar que isso acontece uma vez que o corpo de maior temperatura fornece energia térmica para o outro de menor temperatura. Essa energia térmica é denominada calor1,2.

TA TB TA= TB = T = Temperatura de equilíbrio

Corpo A Calor Corpo B

Esse calor fornecido ou recebido entre os corpos pode causar alterações na temperatura, o que chamamos de calor sensível, ou provocar mudança de estado físico (calor latente). Esse calor sensível depende: da massa (m): quanto maior massa, maior quantidade de energia cedida ou recebida para que a temperatura varie; da variação de temperatura (T): quanto maior variação de temperatura, maior a quantidade de calor e por fim do calor específico (c): Os corpos e as substâncias na natureza reagem de maneiras diferentes quando recebem ou cedem determinadas quantidades de calor1.

Dessa forma pode-se definir calor sensível como quantidade de calor necessária para variar cada unidade da substância em uma unidade de sua temperatura. Em relação ao calor específico, tem-se que seu módulo sugere a facilidade em variação de temperatura a matéria. Outra observação é que o calor específico depende apenas do tipo de substância e não da quantidade da mesma e pode ser também chamado de capacidade térmica mássica.

Pode-se medir a energia transferida, na forma de calor, para um sistema, se soubermos a capacidade calorífica do sistema, isto é, a razão entre o calor fornecido e o aumento de temperatura provocada por ele. Verifica-se que a capacidade calorífica (C) pode ser definida como sendo a quantidade de energia absorvida por um corpo para que sua temperatura aumente em 1°C. Geralmente, a capacidade calorífica de um calorímetro é determinada colocando-se uma quantidade de água fria a uma determinada temperatura (Tf) em seu interior e mistura-se uma mesma quantidade de água. Além disso, ela é uma propriedade extensiva: quanto maior for amostra, maior a quantidade de calor é necessária para aumentar a sua temperatura e, portanto, maior sua capacidade calorífica . O calor específico também pode ser expresso como capacidade calorífica ou capacidade calorífica molar (relaciona um mol de substância)1.

• Capacidade calorífica específica, Cs: (ou calor específico) é a capacidade calorífica dividida pela massa da amostra (Cs = C/m);

• Capacidade calorífica molar, Cm; é a capacidade calorífica dividida pela quantidade (em mols) da amostra (Cm = C/n).

Com auxílio de um calorímetro é possível medir a transferência de energia na forma de calor, onde o calor transferido é monitorado pela variação de temperatura que ele provoca3.

Termodinamicamente podemos relacionar as capacidades caloríficas à pressão constante (Cp) e a volume constante (Cv) do sistema com a energia interna e com a entalpia2, ,5:

(1) DU= CvdT e (2) dH= CpdT

Para um gás ideal existe a relação: (3) Cp – Cv = R

Uma vez que sólidos e líquidos possuem volume constante, podemos inferir que :

(4) Cp= Cv nas fases condensadas. Através do principio de conservação de energia pode-se determinar o calor específico de um sólido5.

Q = 0

(5) Q absorvido= Q cedido, ou seja, o calor recebido, em termos absolutos, pela substância, é igual ao calor liberado pela substância5.

A capacidade calorífica do calorímetro, de massa (mc), pode ser determinada colocando-o inicialmente em equilíbrio térmico com a água (m2) na temperatura ambiente (T2); em seguida adiciona-se água fria (m1) `a temperatura (T1). Deve-se esperar atingir o equilíbrio térmico de modo que5:

(6) ce1m1(Te - T1) = (ce2m2+ Cc)(T2-Te) ou

(7) ce1m1(Te - T1) = (ce2m2+ mcce)(T2-Te)

(8) Cc = mcce

Onde