Universidade Estadual de Gois Unidade Universitria de Cincias Exatas e Tecnolgicas

FSICO-QUMICA EXPERIMENTAL 1 Professor: MSc. Tarcsio Souza. Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 2 AULA NO 01: A LEI DE CHARLES OBJETIVO: Determinarexperimentalmentearelaoentreovolumeea temperatura de uma amostra de ar presso constante. MATERIAIS: Equipamentos: 01 Kitassato de 400,0 mL; 01 Termmetro de 50 a 150 oC; 01 Chapa aquecedora; 01 Mangueira de 5,0 cm; 01 Suporte universal com garras metlicas; 01Rolhadeborrachacomorifciocentralparatamparo Kitassato. INTRODUO: Asprimeirasmedidasquantitativasdocomportamentopresso-volumedosgasesforamfeitasporRobertBoyleem1662.Seus resultadosindicavamqueovolumeinversamenteproporcional presso:p / C V = ,ondep apresso,V ovolumeeC uma constante. A Figura 1 mostraVem funo dep . A lei de Boyle pode ser escrita da seguinte forma: e se aplica apenas a uma massa na temperatura constante. Charles posteriormente mostrou que a constanteC uma funo da temperatura. Este um dos modos de anunciar a Lei de Charles. Gay-Lussac fez medidas do volume mantendo uma massa fixa de gs sobre presso fixa e descobriu que o volume variava linearmente com a temperatura. Isto expresso pela equao Ondet a temperatura eaebso constantes. Figura 1. Volume como uma funo da presso, Lei de Boyle (t = 25 oC) Figura 2. Volume como uma funo da temperatura, Lei de Charles (p = 1,0 atm) ) . ( C pV 0 1 =) . ( bt a V 0 2 + = Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 3 Um grfico do volume em funo da temperatura est indicado na Figura2.Ocoeficientelinear oV a = ,isto,ovolumea0oC.O coeficienteangulardacurvaaderivadap ) t / V ( b c c = (Usam-se derivadas parciais emvezdederivadascomuns,poisovolumedepende da presso;a e b so constantes somente se a presso for constante. A derivada parcialp ) t / V ( c c o coeficiente angular da reta, nas condies experincia,edvariaodovolumecomatemperaturaepresso constante). Portanto, a equao acima pode ser escrita numa forma mais equivalente: As experincias de Charles mostraram que, para umamassa fixa de gs sob presso constante, o aumentorelativo do volume por grau de aumento de temperatura era o mesmo para todos os gases nos quais ele fezmedidas.Aumapressofixa,oaumentodevolumeporgrau p) t / V ( c c ;portanto,oaumentorelativoemvolumeporgrau,a0 oC,: p) t / V /( ) V / ( c c01 . Esta quantidade o coeficiente de dilatao trmica a 0 oC, para qual se usa o smbolo o .

Dessa forma, podemos substituir o valor de ona equao do volume da seguinte maneira: Substituindo 0 0V na equao 3.0, obtendo: O que nos leva a seguinte equao: A equao 5.0 conveniente porque expressa o volume do gs em termos do volumeazerograueumaconstante, o ,queamesmaparatodosos gases, e, como se conclui, praticamente independente da presso na qual asmedidassofeitas.Semedirmosooavrias presses,vamosencontrar queparatodososgases o tendeaomesmovalorlimite,para0 = p .A formadaequao5.0sugereumatransformaodecoordenadasque deve sertil,isto,defineumanovatemperaturaT emtermosdatemperatura usada at aqui atravs da equao: Aequao6.0defineumanovaescaladetemperatura,chamadaescala gasosa,oumais,exatamente,escaladogsideal.Aimportnciadessa escala reside no fato de que oe, conseqentemente, o / 1 , tm omesmo valor para todos os gases. Por outro, odepende da escala de temperatura usada originalmente parat . Setfor em graus Celsius (smbolo: 0C), ento 15 273 1 , /o=oC e a escalaTresultante numericamente idntica escala de temperatura termodinmica. A unidade SI de temperatura termodinmica okelvin(smboloK).Astemperaturasnaescalatermodinmicaso freqentementechamadasdetemperaturasabsolutasoudetemperatura kelvin. De acordo com a equao 6.0, teremos: Dessa forma, podemos combinar as equaes 5.0 e 6.0 para termos: Aequao8.0estabelecequeovolumedeumgssobpressofixa diretamente proporcional temperatura termodinmica. ) . (tVVp0 4100|.|

\|cc=ptVV |.|

\|cc=0 0( ) t V Vt V V VttVV Vp0 00 0 001+ =+ =|.|

\|cc+ =) . ( t V V 0 5100 0||.|

\|+ =) . ( t , T 0 7 15 273 + =) . ( T V V 0 80 0=) . ( ttVV Vp0 30|.|

\|cc+ = Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARTE A: MONTAGEM DO EQUIPAMENTO: 01) Insira o termmetro no orifcio central da rolha (maior) posicionando-o verticalmente,nabocadoKitasato.Certifiquequearolhaficoubem encaixada e que leituras de temperaturas possam ser feitas. 02)Retireombolodaseringa.Remova,comauxliodeumpedaode papel higinico, o excesso de gordura do mbolo e da seringa. 03)Conecteamangueirade5,0cmnasada/entradadearlateraldo Kitasato. 04)Posicioneaseringahorizontalmentecomoauxliodasgarras metlicas e do suporte universal, conforme mostra a Figura 3. 05) Insira o mbolo da seringa at que a leitura seja de zero mL, ou seja, com o mbolo na posio final.06)Conecteaseringanamangueira.Antesdeconectaraseringa, certifique que a leitura na seringa seja zero mL, ou seja, que ombolo se encontre na posio final. A seringa deve estar posicionada na horizontal. Atenoparanovariaraposiodomboloquandoaconexocoma mangueira for feita. Figura3.Esquemadaaparelhagemutilizadaparadeterminar experimentalmente a relao entre o volume e a temperatura de uma amostra de ar presso constante. PARTE B: COLETANDO OS DADOS EXPERIMENTAIS: 01)MeaatemperaturadogsnointeriordoKitassato,aquala temperatura ambiente. 02)Coloquecuidadosamenteosistema(Kitassato,seringaetc.)nachapa aquecedora. 03)Ligueachapaeltricaeamantenhanomnimo(aproximadamente250 oC). 04)Faaanotaes,naTabela1,datemperaturaedovolume correspondente. 05) Repita as anotaes para as vrias temperaturas e volumes. KitassatoSeringaChapa de aquecimentoSuporte universalTermmetroMangueira Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 5 06)retireosistemadachapaaquecedoraedeixe-oresfriarata temperatura ambiente. 07) Repita o procedimento do item 3 at o 5. Temp. (oC) Volume (mL) 05101520253035404550 QUESTES PARA O RELATRIO 01) Representar os valores mdios obtidos em papel milimetrado (ou fazer grfico no origin ou excel). 02)Faaumaregressolineareobtenhaaequaoquemelhor descrevemosseusresultados.FaaumacomparaocomaLeide Charles. 03)Atravsdogrficoobtidonaquesto01,obtenhaaquantidadede matria (nmero de mol) do gs. 04) Quais so as possveis fontes de erro ou limitao neste experimento? Paracadauma,tentedizerqueefeitoelasteronoresultadoesperado dos experimentos. Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 6 AULA NO 02: A LEI DE BOYLE OBJETIVO: Determinarexperimentalmentearelaoentreapressoeo volume de uma amostra de ar temperatura constante. MATERIAIS: Equipamentos: 01 manmetro aberto; 01 seringa de vidro de 50,0 mL; 01 Bquer de 100,0 mL; 01 Mangueira de silicone; 01 Suporte universal com garras metlicas. Reagentes: gua destilada; Soluo aquosa de Azul de metileno. INTRODUO: As primeiras medidas quantitativas do comportamento da presso dos gases em funo da variao do volume foram feitas por Robert Boyle em1662eporE.Mariotteem1676.Seusresultadosindicavamqueo volumeinversamenteproporcionalpresso:p / C V = ,ondep a presso,V ovolumeeC umaconstante.AFigura1mostraV em funo dep . A lei de Boyle pode ser escrita na forma: e se aplica apenas a uma massa na temperatura constante. Paragases,cujocomportamentoseaproximadaidealidade vlida a equao a seguir, conhecida como lei de Boyle. ConsidereosistemaapresentadonaFigura2.Apressono interiordeumgsnointeriordeumrecipientemedidacomum manmetro.Nasuaversomaissimples,ummanmetroumtuboemU cheiocomumlquidopoucovoltil.Seumabocadotuboforaberta,a presso,p ,daamostragasosaequilibracomasomadaspresses exercidas pela coluna do lquido, que igual agh , mais a presso externa, extp . onde adensidadedolquido,g aaceleraodagravidadeeh a altura do lquido no tubo em U. Figura1.Volumecomoumafunodapresso,LeideBoyle(t constante = 25 oC) PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARTE A: MONTAGEM DO EQUIPAMENTO: 01)Posicioneaseringa(embolo)horizontalmentecomauxliodasgarras metlicas e do suporte universal, conforme indicado na Figura 2. 02) Conecte a seringa na mangueira. Antes de conectar a seringa, certifique quea leitura naseringasejade50,0mL,ouseja,omboloseencontrana C pV =gh p pext+ =K V p V p = =2 2 1 1 Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 7 posioinicial.Atenoparanovariaraposiodomboloquandoa conexo com a mangueira for feita. Figura2.Representaoesquemticadoaparelhoutilizadopara verificao experimental da lei de Boyle manmetro aberto. PARTE B: COLETANDO OS DADOS EXPERIMENTAIS: 01) Faa a leitura do nvel da gua nas duas pipetas do manmetro. Faa a marca de referncia com caneta de ponta porosa em uma das pipetas. Assim, 50,0 mL corresponde a 1,0 atm. 02) Gentilmente, empurre ombolo para dentro da seringa at completar avariaode5,0mL(V).Anoteovalordaleitura,feitanaseringa,na Tabela I. 03) Faa a leitura do desnivelamento,h, do lquido nas pipetas, conforme mostra a Figura 3. Anote este valor na Tabela correspondente ao valor da leitura feita na seringa. 04)Repitaositens2e3efaaasanotaescorrespondentesato mbolo completar todo o percurso, ou seja, leitura de zero mL. 05) Para cada valor deh (desnvel do lquido) calcule o valor da presso manomtrica utilizando a equao 1. Considere pext = 1,00 atm. Tabela I. Altura, volume e presso. Volume, V (mL) 05101520253035404550 Altura, h (m) Presso, p (atm) Figura 3. Manmetro diferencial aberto.

QUESTES PARA O RELATRIO 01)Representarempapelmilimetrado(oufazergrficonoOriginouExcel) os valores mdios obtidos na Tabela I, grfico V, versus p. 02)Representarempapelmilimetrado(oufazergrficonoOriginouExcel) osvaloresmdiosobtidosnaTabelaI,grficoV,versus1/p.Quetipode curva foi obtido? 03)Representarempapelmilimetrado(oufazergrficonoOriginouExcel) os valores mdios obtidos na Tabela I, grfico pV, versus p.04)Faaumaregressopolinomialparaogrficodoitem2eobtenhaa equaoquemelhordescreveosseusresultados.Faaumacomparao com a Lei de Boyle. mangueiraseringambulosuporte universalmanmetro Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 8 05) Quais so as possveis fontes de erro ou limitao neste experimento? Paracadauma,tentedizerqueefeitoelasteronoresultadoesperado dos experimentos. 06) Como o objetivo da prtica verificar se o produtopV constante, interessante verificar o quanto as medidas experimentais se distanciam de umvalormdio.Issofeitoatravsdadeterminaododesviopadro das medidas e do desvio padro relativo, alm do clculo de propagao do erro. Para isso aconselha-se que seja preenchida a Tabela a seguir. OclculododesviopadrodamdiadosvalorespVeodesvio padro relativo dado por: ||.|

\|) ( =1) (2npV pVsonde n = nmero de medidas realizadas. 100 ..) (=pVssrel Obtidososvaloresdapressop,edovolumeV,preenchama Tabela abaixo: p (mm Hg)V (cm3)pVpV(pV)(pV(pV))2 Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 9 AULANO03:MASSAMOLECULARDEUMGSPRINCPIODE AVOGADRO E A LEI DOS GASES PERFEITOS OBJETIVO: Determinarexperimentalmentearelaogeralentreovolume,a massa, a temperatura e a presso de uma amostra de gs. Determinaramassamoleculardeumgs,nocasoobutano, utilizando a equao dos gases perfeitos. MATERIAIS: Equipamentos: 01 Balana analtica; 01 Proveta de 250,0 mL; 01 Termmetro; 01 Recipiente para conter gua; 01 Barmetro; 01 Tubo de gs butano; 01 Cuba de vidro; 01 Mangueira. Reagentes: gua destilada; Butanol; gua de torneira. INTRODUO: A Lei de Gay-Lussac ou Charles (massa fixa, presso constante) estabelecequeovolumedeumgssobpressofixardiretamente proporcional temperatura termodinmica. Essa equao pode ser escrita da seguinte forma: Onde,V ovolumedogs, o ocoeficientedeexpansotrmicado gs, oV o volume inicial do gs eT a temperatura termodinmica, que igual at , T + = 15 273 . ALeideBoyle(massafixa,temperaturaconstante),indicaqueao volumeinversalmenteproporcionalpresso.Essaequaopodeser escrita da seguinte forma: Ondep a presso, V o volume eC uma constante. Essasduasequaespodemsercombinadasnumaequaogeral observandoque oV ovolumea0 oCe,portanto,estrelacionadocoma presso pela lei de Boyle,pCVoo = , onde oC o valor da constante a. t 0 =Dessa forma a equao de Charles torna-se: Arestriodemassafixaremovidaimaginando-seque,sea temperaturaeapressoforemmantidasconstanteseamassadogsfor duplicada,ovolumeduplicar.Issosignificaqueaconstante oC proporcional massa do gs; portanto, escrevemosBw Co= , ondeB uma constanteew amassa.Introduzindoesseresultadonaequaoanterior obtemos: EstaumarelaogeralentreasquatrovariveisV ,w ,T ep .A constanteBtem um valor diferente para cada gs. Paraaequaoacimasertil,deveramosteramoumaTabela com os valores deBpara cada gs. Seja M amassamolar de um gs em um recipiente sob um conjunto de condies padres oT , op , e oV . Se gases diferentesforemmantidosnumvolumepadro oV ,sobpressoe temperatura padro ope oT , ento, pela equao acima, teremos para cada gs: J que as condies padres so escolhidas para atender s convenincias, arelao o o oT V p R = temumvalornumricofixoparaqualquerescolha particularetem,claro,omesmovalorparatodososgases( R chamada constantedosgasesperfeitos).Assim,aequaoacimapode,ento,ser escrita da seguinte forma: T V V0 0=C pV =) fixa massa (pT CVo o=.pwT BVo=.TV p BMoo oo||.|

\|||.|

\|=1 Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 10 SejaM w n = aquantidadedematriacaractersticadogscontidona massaw . Ento,p nRT V = , ou mais comumente conhecida como: PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1) Determine a massa do tubo de gs butano (m1); 2)Conecteumamangueiraflexvelnasadadotubodegscontendo butano.Verifiqueseamangueiraestbemconectada,ouseja,seno est ocorrendo vazamento de gs atravs desta conexo; 3)Adicioneguaaumprovetade250,0mLataextremidadesuperior. Com uma das mos sobre essa extremidade, inverta a proveta imergindo-a num volume de gua contido em um outro recipiente, de maneira que a proveta permanea com gua e na posio vertical; 4)Direcioneaoutraextremidadedamangueira,conectadaaotubode gs, para o interior da proveta; 5)Seguindoasetapasanteriores,vocdeveterumconjuntode equipamentos semelhante Figura 1; 6) Determine a temperatura da gua contida no recipiente; 7) Aperte a vlvula (devagar para evitar que o gs se congele prximo vlvula) transferindo o gs para o interior da proveta, deslocando a gua, conforme mostra a Figura 2; 8)Quandoonveldogscoincidircomonveldaguanorecipiente, cerca de 200,0 mL, interrompa a transferncia de gs para do tubo para o interior da proveta. Figura1.Esquemadaaparelhagemutilizadaparadeterminararelao geralentreovolume,amassa,atemperaturaeapressodeuma amostra de gs. Figura2.Esquemadaaparelhagemutilizadaparadeterminararelao geralentreovolume,amassa,atemperaturaeapressodeuma amostra de gs, aps a liberao do gs contido no tubo. Nestascondies,a presso internatotaligualapressoexterna, ouseja,apressodobutanoigualapressototal,pressoatmosfrica, menos a presso de vapor da gua. .pRTMwV |.|

\|=. nRT pV =tubo de gscuba de vidroprovetamangueiraguaguags butanoguaguatubo de gsmangueiraprovetacuba de vidro Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 11 Apressodevapordaguadependedatemperatura.Para determinarapressodogsbutanoatravsdaequaoacima, necessrio conhecer o valor da presso de vapor da gua na temperatura detrabalho.ATabelaabaixomostraaspressesdevapordaguaem cada temperatura. TabelaI.Relaoentreapressodevapordaguaemrelao temperatura. Temperatura (oC) Presso (atm) Temperatura (oC) Presso (atm) 150,0168230,0278 160,0179240,0295 170,0191250,0313 180,2040260,0332 190,0220270,0351 200,0230280,0374 210,0245290,0395 220,0261300,0418 Leia o volume de gs coletado na proveta. Retire a mangueira do interior da proveta e determine a massa do tubodegs(m2),pordiferena,determineamassadegstransferida para o interior da proveta. Considerandoqueobutanoumgsideal,determineasua massa molecular. QUESTES PARA O RELATRIO 01)Expliqueporquearelao o o oT V p R = temumvalornumricofixo para qualquer escolha particular e tem, claro, o mesmo valor para todos os gases. 02) Quais so as possveis fontes de erro ou limitao neste experimento? Paracadauma,tentedizerqueefeitoelasteronoresultadoesperado dos experimentos. 03)Osresultadosprticossoiguaisaosesperados?Senoso,comoa massamolecular do gs butano pode ser calculada, determine qual o erro experimental. 04) Faa uma transformao na equao e calcule a densidade experimental do gs butano. gua de vapor total o tan bup p p =2 1m m mgs = Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 12 AULA NO 04: DENSIDADE DE SLIDOS E LQUIDOS E VARIAO DA DENSIDADE DE LQUIDOS EM FUNO DA TEMPERATURA OBJETIVOS: 01) Determinar e comparar massa especfica () e densidade () de lquidos e slidos. 02) Verificar a influncia da temperatura sobre a densidade dos lquidos e a influncia do tamanho da cadeia carbnica de steres orgnicos sobre a densidade dessas substncias. MATERIAIS: Equipamentos: Balana analtica; Banho-maria termostatizado; Densmetro; Esptula; Picnmetro; Proveta; Termmetro. Reagentes: Acetato de etila; Acetato de metila; Acetato de n-butila; gua destilada; Cloreto de sdio; Estanho metlico; Etanol (lcool etlico). INTRODUO: Define-semassaespecficacomosendoarazoentreamassado corpo e seu volume. No sistema CGS sua unidade gramas por centmetros cbicos(g/cm3).Usa-setambmaexpressodensidadeabsolutapara indicar tal grandeza. onde: = massa especfica do corpo; m = massa do corpo; V = volume do corpo. Poroutrolado,define-sedensidaderelativacomosendoarazo entre duas massas especficas em que o denominador a massa especfica de uma substncia tomada como padro ou referncia. Usa-se o smbolo () para designar a densidade. Freqentemente usada a expresso densidade para indicar a densidade relativa. Como substncia padro, usa-se a gua na temperaturademaiorvalordemassaespecfica(3,98 oC),oucomo referncia,aguaaumatemperaturafixadadeacordocomas necessidades, comumente a temperatura ambiente. onde: A,BadensidadedeumasubstnciaAemrelaoauma substncia B; mA a massa de determinado volume da substncia A; mB a massa de igual volume da substncia B. Adensidadedoslquidoscomumenteexpressaemgramas(g)por mililitro (mL). Como o mililitro definido como a milsima parte do volume de 1Kgdeguapuranatemperaturademximadensidade(3,98 oC),a densidadeemgramaspormililitronumericamenteigualrelaoentre massa especfica de uma substncia aT oC e a massa especfica da gua a 3,98 oC e representada freqentemente como T4 .) 98 , 3 () (004C a guaVmC T a substnciaVmT= BAB , Amm =Vm = Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 13 PRIMEIRA PARTE: Procedimentos para slidos: 1)Determinaodamassaespecfica()doestanhometlico: Parasedeterminaramassaespecfica()deestanhometlico, utiliza-se uma proveta para verificar o volume (V) de lquido (gua) deslocado pela massa (m) de estanho. 2)Determinaodadensidade ()do estanhometlico:Parase determinaradensidade()doestanhopelomtododo picnmetro, procede-se da seguinte maneira: a.pesa-se o picnmetro completamente cheio com gua e anota-se a massa m1; b.pesa-seopicnmetrocompletamentecheiocomguamaiso estanho fora dele e anota-se a massa m2; c.pesa-seopicnmetrocompletamentecheiocomguamaiso estanho dentro dele e anota-se a massa m3. A densidade (), pelo mtodo do picnmetro dada pela seguinte equao: 3 21 2m mm m= onde: m2 m1 massa do estanho; m2m3amassadovolumedeguatemperaturaambiente (anote o valor) Procedimentos para lquidos: 1)Determinaodamassaespecfica(e)doetanol(lcool etlico):Determina-seamassaespecfica(e)doetanoldo seguinte modo: a.anota-se o volume do picnmetro, Vp; b.pesa-se o picnmetro vazio, mp; c.pesa-se o picnmetro com o etanol, mp+e. Amassaespecficadoetanol(e)pelomtododopicnmetro dada pela seguinte equao: pp e peVm m =+ ) ( 2)Determinaodadensidade()deumlquido(etanoloulcool etlico):Procede-sedaseguintemaneiraparadeterminara densidade de um lquido (etanol) pelo mtodo do picnmetro: a.pesa-se o picnmetro vazio, m1; b.pesa-seopicnmetrocomolquidoquedesejamediradensidade (etanol), m2. c.pesa-se o picnmetro com gua, m3; Adensidadedoetanol()pelomtododopicnmetrodadapela seguinte equao: Compare o valor obtido com o anterior. SEGUNDA PARTE: 1)Vocvaireceberdoisslidos.Elaboreeescrevaumprocedimento paradeterminaramassaespecfica()dessesslidos.Vocpode dispordebalana,deprovetasedelquidoscomoguaeetanol (lcool etlico). Utilizando o procedimento que voc props, determine a densidade dos slidos. Densmetrossoaparelhosquepermitemadeterminaoda densidadedelquidosondesomergulhados,comaleituradiretanuma escala, sem necessidade de clculo ou de balanas. So aparelhos de peso constanteeconstam,emgeral,decilindrosfechados,contendonaparte inferior, um lastro de chumbo ou mercrio. Osdensmetrosservemparadeterminaradensidadeouas concentraesdesolues.OalcometrodeGayLussacumdensmetro especialmenteconcebidoparadeterminaraconcentraodoetanol(lcool etlico) numa soluo de gua. 2)Prepareumasoluoutilizandoexatamente200,0mLdegua destilada e a massa de sal que voc ir receber. Anote o volume da soluoeusandoodensmetrodetermineamassaespecficada soluo (g/cm3). Usando esses dados, calcule a massa de cloreto de sdio usada na preparao da soluo. 1 31 2m mm mol tan e= Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 14 TERCEIRA PARTE: A turma ser dividida em grupos de no mximo 04 pessoas. Cada grupo trabalhar com a gua e um dos acetatos. Procedimentos: 01.Pesa-se2picnmetrosvaziospreviamentesecoscomsuas respectivas tampas. Anotam-se os pesos de cada um fazendo-se nelesumsinalparaidentificao.Umdelesdevesercheiocom guadestiladaeooutro,comumdosacetatosatemperatura ambiente.Fazem-seaspesagensedeterminam-seasmassas especficas. 02.Ospicnmetroscompletamentecheiosdevemserlevadosaum banho-mariatermostatizadoa40 oCdurante20minutos(a temperaturadobanhodeveserconferidacomumtermmetroe anotado o valor exato). Os alunos devem observar que medida que a temperatura dos lquidos, nos picnmetros, vai aumentando osvolumesdosmesmosaumentam,devidodilataotrmica. Aps 20 min. Devem-se fechar os capilares dos picnmetros, com aajudadeplsticooupapelalumnio,retir-losdobanho-maria termostatizadoeleva-losaumbanhodeguaatemperatura ambiente. Novamente o aluno dever observar o que ocorre com osvolumesdolquidoaoretornarematemperaturaambiente.O alunodevetocarospicnmetroscomamoparaavaliara velocidade com que os lquidos retornam a temperatura ambiente. Osvolumesqueassubstnciasestavamocupandoa40 oCso conhecidos,poissoosvolumesdospicnmetros,jqueestavamcompletamente cheios. As massas das substncias a 40 oC sero obtidas pesando-se os picnmetros, aps atingirem a temperatura ambiente, uma vezquenohouvevariaodemassadassubstnciasaosesfriarem; houve sim, variao de volume. 03.Repete-seoprocedimentorealizadonoitem02,usandoum banho-maria termostatizado a 50 oC. 04.Cadagrupodeverpegarcomosoutrosgrupososresultados obtidos com os outros dois acetatos. 05.Fazer um grfico de densidade versus temperatura (trs pontos) para gua e para os acetatos. QUESTES PARA O RELATRIO 01) Oprocedimentoquevocpropsadequadoparadeterminara massa especfica dos dois slidos que voc recebeu? 02) O que densidade aparente? 03) O que uma densidade absoluta ou esqueletal? 04) Sabemosqueadensidadedeumasubstnciaarazoentrea massadedeterminadovolumedasubstnciaeamassadeigual volume de gua a 3,98 oC. Como a gua usada na nossa experincia estavatemperaturaambiente,qualaprecisodosvaloresobtidos por ns? Se quisssemos um valore mais preciso como deveramos proceder? 05) A densidade uma propriedade macroscpica que caracterstica de umasubstnciapura,emumadadatemperatura.Dessaforma, responda quais so as caractersticas microscpicas da matria, que a densidade reflete? 06) Fazerumgrficodavariaodadensidadedaguaemfunoda temperaturanointervalode0a40 oCecomentarocomportamento dacurvaemtermosdaestruturadaguanosestadosslidoe lquido. 07) Expliqueporqueasdensidadesdassubstnciasdiminuemcomo aumento da temperatura? 08) Fazerumgrficodedensidadedosacetatos(aumamesma temperatura)versusnmerodetomosdecarbonodosacetatos (tamanho da cadeia). 09) Responder:pelasobservaesvisuaisesensoriaisqueforamfeitas duranteaexperincia,qualdoslquidostemmaiorcoeficientede expanso trmica, a gua ou o acetato? Por qu a gua esfria mais lentamente do que o acetato? 10) Expliqueporqueasdensidadesdosacetatosdiminuem,como tamanho da cadeia? Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 15 AULANO05:DETERMINAODOCOEFICIENTEDEVISCOSIDADE PELO MTODO DE OSTWALD E REFRAO MOLAR OBJETIVOS: 01) Determinar o coeficiente de viscosidade de alguns lquidos utilizando o viscosmetro de Ostwald. 02) Verificar a influncia da estrutura molecular sobre a viscosidade de alguns lquidos atravs da medida de coeficientes de viscosidade de lquidos com diferentes tamanhos de cadeias. 03) Determinar o ndice de refrao de uma srie homloga. 04) Verificar a influncia do tamanho da cadeia na refrao molar (Rm) MATERIAIS: Equipamentos: Balana analtica; Densmetro; Esptulas; Picnmetro; Provetas; Termmetro; Viscosmetro de Ostwald; Refratmetro; Pipetas; Bqueres. Reagentes: Acetato de etila; Acetato de metila; Acetato de n-butila; Acetato de propila; gua destilada. INTRODUO SOBRE VISCOSIDADE: Viscosidadepodeserdefinidacomoaresistnciadeumfluidoao fluxo,ouaumaalteraodeforma.umamedidadoatritointernodeum fluido.Adefiniomatemticadeviscosidadebaseia-senaleideNewton. Estaleiinterpretadamedianteoarranjodeplacasparalelascomoo apresentado na Figura 1. Figura 1. Diagrama representativo do escoamento entre duas lminas de lquido QuandoofluidopassaentreduasplacasparalelasdereaAcom umadistnciaAyentreelas,easplacasforemmovimentadasemsentidos opostoscomumacertadiferenadevelocidadeAv,deveseraplicadouma certafora F,nadireox,paracontrabalanaraforadecisalhamentodo fluido. Nestas condies o coeficiente de viscosidade, q, definido por: ) . (y / v A / F 0 1 = Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 16 A tenso tangencial ou tenso de cisalhamento, , definida porA / F = .y / v ogradientedevelocidadeoutaxade cisalhamento,dr . Assim: Onde o coeficiente de viscosidade ou viscosidade absoluta, ou aindaviscosidadedinmica.Ocoeficientedeviscosidadedependeda temperatura, da presso e da natureza do fluido. AunidadedeviscosidadenosistemaCGSopoise,P,iguala Pa/s.Aunidademaisprticaocentipoise(cP)equivalenteaum centsimodepoise.Seumaforade1,0dinafizercomqueuma superfcie plana de1,0cm2,semovasobre outra, distanciadade 1,0cm daprimeira,comvelocidadede1,0cm.s1,diz-sequeofluidoentreos planos apresenta viscosidade de 1,0 poise. Se constanteeindependentedataxadecisalhamento (equao2)ofluidoditonewtoniano(Figura2),ouexibeum comportamentodefluxoideal.Exemplosdefluidosnewtonianosso: gua,leosminerais,soluessalinas,soluodeacar,gasolina,etc. Fluidosnonewtonianosso:asfalto,amaioriadastintas,soluesde amido, agarose, pectina, carboximetilcelulose, etc. Figura2. Taxa de cisalhamentoversustensodecisalhamento para fluidos newtonianos Ocoeficientedeviscosidadepodeserdeterminadoporvrios mtodosexperimentais,dependendodosistemaedaprecisodesejada na medida. Para fluidos newtonianos a viscosidade pode ser determinada apartirdavelocidadedevazodofluidoatravsdeumcapilarouda velocidade com que uma esfera cai no fluido. Nocasodavazodefluidocapilar,ocoeficientedeviscosidade dadosegundoaleiPoiseulli,eemprega-seoaparelhodenominado viscosmetro capilar ou viscosmetro de Ostwald. A equao utilizada : Onde: r = raio do capilar (cm); g = acelerao da gravidade (cm/s2); h = diferena de altura entre os nveis que determinam o tempo de fluxo (cm) V = volume do lquido que atravessa o capilar (cm3); L = altura do capilar (cm); = densidade do fluido (g/cm3); t = tempo de fluxo (s); q = viscosidade em poise. Paralquidosmuitoviscososemprega-seomtodobaseadona velocidade com que uma esfera de raio e densidade conhecida desce em um cilindro contendo o lquido de viscosidade desconhecida. O aparelho utilizado paraessefimoviscosmetrodebola.Nessecaso,paradeterminara viscosidade leva-seemcontaa leideStokes,segundoaqual,avelocidade comqueaesferacaiemumtubocontendoolquidoinversamente proporcional viscosidade do lquido. Onde e e er so a densidade e o raio da esfera.eso a densidade e a viscosidade do lquido e g a acelerao da gravidade. DETERMINAODEVISCOSIDADESDELQUIDOSEMPREGANDOO VISCOSMETRO DE OSTWALD OviscosmetrodeOstwaldpermiteumadeterminaosimplesdo coeficiente de viscosidade a partir de um padro. Neste caso as medidas de viscosidadesofeitasporcomparaoentreotempodenavazodeum fluidodeviscosidadeconhecida, geralmente,guaeofluidodeviscosidade desconhecida,umavezqueumamedidaabsolutadocoeficientede viscosidadedemandaexperimentomaiselaborado.Agua,geralmente ) . ( dr 0 2 =VLgh t r 84=g r ) (. Ve e292 = Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 17 utilizadacomofluidoderefernciaa25 oC,ondesuaviscosidadede 0,00895 poise. A partir da equao acima pode chegar a: Onde 1e 2so as densidades dos fluidos conhecido e desconhecido, respectivamente,e 1t e 2t soostemposgastosparaqueescoemos volumes iguais. INTRODUO SOBRE REFRAO MOLAR: Quando um raio de luz passa de uma substncia para outra, como doarparaagua,oraiorefratado,mudandodedireoaoatingira superfcie de separao entre osdois sistemas. A intensidade com que o raiorefratadodependedaconcentraorelativadostomosedeseus arranjosnointeriordasmolculas.Ondicederefraoumamedida quantitativa da refrao de luz, e usada para determinar a concentrao desolues,ograudepureza,identificarcompostosqumicoseauxiliar no entendimento de estruturas. Ondicederefrao,n ,definidocomoarelaoentrea velocidade da luz no vcuo e em um determinado meio. Onde n pode ser calculado pela seguinte relao: Ondei o ngulo formado pelo raio de luz incidente e perpendicular superfcie, ep o ngulo de refrao que o raio faz com a perpendicular superfcie, aps a penetrao. Asmedidasdendicederefraosoasmaisantigasemaisprecisasem fsico-qumica. Geralmente,onguloderefraomedidocomoauxliodeum prismadevidrosobreoqualcolocadoolquidoouslido.Ondicede refrao de pende do comprimento de onda da luz e da temperatura. Assim, nD25 indica um ndice de refrao tomada com luz monocromtica amarela D do arco de sdio na temperatura de 25 oC. Arefraoespecficade umfludo eR serelacionacomondicede refrao segundo a equao: Arefraomolar, mR igualrefraoespecficamultiplicadapela massa molecular do fludo. Comoarefraomolarumapropriedadeaditiva, possuidiferentes valores para os membros de uma srie homloga. 2 21 121t t =meio Vvcuo Vnluzluz=p seni senn =.) n () n (Re12122+=M . R Re m= Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 18 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARA A VISCOSIDADE A turma ser dividida em grupos de no mximo 03 pessoas. Cada grupo trabalhar com a gua e um dos acetatos. a)Inicialmentefaaadeterminaodasdensidadesdaguaedos lquidos estudados na temperatura em que so feitas as medidas dos tempos de escoamento. b)Coloquecomumapipeta,10,0mLdolquidoproblemano viscosmetro limpo e seco. Lave o viscosmetro com esse lquido e despreze o lquido. c)Pipetenovamente10,0mLdo lquido,coloquenoviscosmetroe faa a medida do tempo de escoamento com o cronmetro. (faa 05 leituras para tirar a mdia do tempo em questo). d)Repitaoprocedimentoacimacomgua,acetatodemetila, acetato de etila, acetato de propila e acetato de n-butila. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARA A REFRAO MOLAR Comumapipetacolocam-sealgumasgotasdelquidosobrea superfcieinteriordoprismadorefratmetro,fechando-seemseguidao sistemadeprismas.Faz-seoajustecomaoculareobserva-sequea bordadazonaescuraaparecenocampodevisosedeslocaata intersecodoretculo.Ajusta-seemseguidaocompensadorat desaparecer a franja colorida e se obter um contraste ntido. Ajusta-secuidadosamenteoaparelhoparaqueaintersecodo retculocoincidacomaborda dazonaescura.Faz-se, entoa leitura do ndice de refrao.Sero feitas determinaes dos ndices de refrao dos acetados de metila, etila e n-butila. Os dados obtidos sero colocados na Tabela I. Tabela I. Resultados do ndice de refrao molar dos acetatos. AcetatonReMRm Metila Etila Butila QUESTES PARA O RELATRIO 01) Explique a origem da viscosidade. 02)Discutaosresultadosdasmedidasquevocrealizouemtermosdas estruturas e das propriedades das molculas. 03)Esboceumgrficodaviscosidadeversusotamanhodacadeiade carbono, para os acetatos estudados. 04)UmvolumeVdeguapassaporumviscosmetrodeOstwald,a25 oC em30segundos.Qualotemponecessrioparapassaromesmovolume deglicerina,nasmesmascondies,sabendoquesuaviscosidade9,54 poise e sua densidade 1,26 g/mL. 05) Explique a origem da refrao molar. 06)ConstruaumgrficodeRmversusnmerodecarbonosnacadeiados acetadtos e estime a refrao molar do acetato de propila. 07) Discuta os resultados obtidos em termos da refrao molar. Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 19 AULANO06:DETERMINAODATENSOSUPERFICIALPELO MTODO DA GOTA OBJETIVOS: 01) Medir a tenso superficial relativa de lquidos puros e de solues. 02) Verificar o efeito de algumas substncias sobre a tenso superficial da gua. MATERIAIS: Equipamentos: Balana analtica; Densmetro; Esptulas; Picnmetro; Bureta; Termmetro. Reagentes: Lauril sulfato de sdio; Cloreto de sdio; gua destilada. INTRODUO: Asmolculasqueseencontramnasuperfciedeumlquidoso objetos de intensa atrao das molculas interiores. Uma fora resultante, cujadireoacha-seemumplanotangentesuperfcieemumponto particular,atuaparafazercomqueasuperfciedolquidosejaamenor possvel.Amagnitudedestaforaatuandoperpendicularalongitudede uma linha na superfcie se chamatenso superficial, . A superfcie, ou interface,ondeexisteatenso,encontra-seentreolquidoeseuvapor saturadonoar,ordinariamenteapresso atmosfrica.Tambmpodeexistir umatensonainterfaceentrelquidosimiscveis;ordinariamenteaesta, denominadadetensointerfacial.Asdimensesdatensosuperficialso foraporunidadedecomprimentoecomumenteexpressanosistemaCGS como dinas por centmetro (dyn/cm). Diversos mtodos podem ser utilizados para a determinao da tenso superficial, dependendo do grau de preciso que se deseja. Nessa prtica ser utilizado somente o mtodo da gota. Quandoumagotaseformanapontadeumtubo(Figura1),tm-se as seguintes foras atuando: fora peso ( P ) e a fora capilar (CF ) Em se tratando de lquidos: . V mg= , onde gV o volume da gota e a densidade do lquido. Portanto,g . V . Pg= . A fora capilar proporcional tenso superficiale L , linha de contatoentreagotaeotubo(permetrodotubo).Dadefiniodetenso superficial tem-se queL / F C= . Comor L 2 = , ento pode-se escrever: r FC2= Paraqueagotasedestaquedotuboecaia,necessrioqueas duas foras,Pe CFse igualem: r= raio da ponta do tubo A fora peso sermg P = . Ondem a massa da gota eg a gravidade Figura 1: Foras que atuam sobre a gota de um lquido Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 20 P FC=g V r g= 2r g V g2= Napresenteprtica,paracontornaroproblemadadeterminaodoraio dotubo,serutilizadoummtodocomparativoparadeterminaode . Estemtodoestbaseadonoconhecimentoprviodovalordatenso superficial de um lquido, no caso da gua. Primeiramentefeitaamedidadonmerodegotas, an ,que formadoporumvolumeV ,fixodegua,quandoestacaidotubo utilizado. O volume de cada gota de gua, aV , ser: aanVV =Essa medida repetida utilizando um outro lquido ( l ), medindo o nmerodegotas, ln ,queumvolume lV formanasmesmascondies das feitas para a gua. Tem-se ento que: llnVV = Para os dois lquidos em questo, podemos escrever: r g V er g V l lla aa2 2= = Substituindo os valores de aVe de lV , tem-se:

Dividindo-se apor l , tem-se: Dessaforma,conhecendo-seovalordatensosuperficialdaguaeas densidadesdaguaedolquido( l ),determina-seovalordatenso superficial do lquido ( l ) Dados: aa 20 oC = 72,75 dyn/cm aa 25 oC = 71,97 dyn/cm aa 30 oC = 71,18 dyn/cm PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Prenderumaburetapequenaemumsuporte.Encheraburetacom guadestiladaedeterminaronmerodegotasqueseformamparacada mililitro. Repetir a medida pelo menos trs vezes e tirar a mdia. Repetiroprocedimentoanteriorutilizandolcool,umasoluode detergente (lauril sulfato de sdio) e uma soluo de NaCl. QUESTES PARA O RELATRIO 01) Explique a origem da tenso superficial. 02)Discutaosresultadosdasmedidasquevocrealizouemtermosdas estruturas e das propriedades das molculas. 03) Explique o efeito da NaCl e do lauril sulfato de sdio na tenso superficial da gua. a ll alan n =lllaaarn Vg ern Vg 2 2= = Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 21 AULAPRTICANO07:PRINCPIOZERODATERMODINMICA: DETERMINAODACAPACIDADECALORFICADESUBSTNCIAS PURAS NO ESTADO SLIDO OBJETIVO: Determinar a capacidade calorfica de substncias simples que se encontram no estado slido. Materiais: Balana analtica; Calormetro; Densmetro; Picnmetro; Pina metlica; Proveta; Termmetro. Reagentes: gua destilada; Barra de alumnio; Barra de chumbo; Barra de estanho; Barra de ferro. INTRODUO Oprincpiodoequilbriotrmico,oprincpiozeroda Termodinmica, um outro resultado importante. A sua importncia para oconceitodetemperaturanofoicompletamentecompreendidaatque outraspartesdaTermodinmicaalcanassemumestadoavanadode desenvolvimento; da o nome pouco usual, princpio zero. Para ilustrar o princpio zero consideremos duas amostras de gs. Umaamostraconfinadanumvolume 1V eoutranumvolume 2V .As presses so 1pe 2p , respectivamente. No incio, os dois sistemas so isoladosumdooutroeestoemcompletoequilbrio.Ovolumedecada recipiente fixo e imaginemos que cada um possui um manmetro como est indicado na Figura 1(a). Figura 1. (a) Sistemas isolados. (b) Sistemas em contato trmico Osdoissistemassopostosemcontatoatravsdeumaparede. Existemduaspossibilidades:ouaparedepermitequeossistemasse influenciemouno.Seossistemasnose influenciam,aparedeisolante ouadiabtica;claroque,nestasituao,apressonosdoissistemas permanece inalterada aps colocar os sistemas em contato. Se os sistemas se influenciam, depois de serem colocados em contato, observaremos que as leiturasdosmanmetrosvariamcomotempo,atingindofinalmentedois novos valores p1 e p2 que no variam mais com o tempo, Figura 1(b). Nessa situaoaparedecondutoraeossistemasestoemcontatotrmico. Depoisqueaspropriedadesdosdoissistemasemcontatotrmicono variammaiscomotempo,osdoissistemasestoemequilbriotrmico. Esses dois sistemas tm, ento, uma propriedade em comum, a propriedade de estarem em equilbrio trmico um com o outro. Consideremos trs sistemas A, B e C dispostos como na Figura 2(a). OssistemasAeBestoemcontatotrmicoeossistemasBeCtambm. Essesistemamantidoassimporumtemposuficienteparaqueatinjao equilbriotrmico.EntoAestemequilbriotrmicocomB,eCestem equilbrio trmico com B. Agora removemos A e C dos seus contatos com B e colocamososdoisemcontatotrmico,Figura2(b).Observamosentoque no h variao nas propriedades de A e C com o correr do tempo. Portanto A e C esto em equilbrio trmico. Essa experincia resumida no princpio zerodaTermodinmica:doissistemasqueestoemequilbriotrmicocom um terceiro, esto em equilbrio trmico entre si. Oconceitodetemperaturapodetornar-seprecisopelasafirmaes: (1)Sistemasemequilbriotrmicotmamesmatemperatura.(2)Sistemas que no esto em equilbrio trmico tm temperaturas diferentes. O princpio Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 22 zero, portanto, nos d uma definio operacional de temperatura que no depende da sensao fisiolgica de quente ou frio. Esta definio est deacordocomafisiolgicajqueosdoiscorposemequilbriotrmico fornecemamesmasensaodoquese entendeporquente.Oprincpio zeroestbaseadonaexperinciadequesistemasemcontatotrmico no esto em equilbrio completo um com o outro at que tenham atingido o mesmo grau de quentura, isto , a mesma temperatura. Figura 2. O princpio zero da Termodinmica Para uma dada mudana no estado de um sistema, que apresenta umavariaodetemperaturadT aelaassociada,ocalorextradodas vizinhanaspodeterdiferentesvalores,poisdependedocaminhoda mudanadeestado.Portanto,no surpreendentequeosistematenha maisdeumvalorparaacapacidadecalorfica.Defato,acapacidade calorficadeumsistemapodeterqualquervalordemenosinfinitoat maisinfinito.Entretanto,apenasdoisvalores, pC e vC ,tmmaior importncia. Como no so iguais, importante encontrar a relao entre eles.Esseproblemapodeserresolvidoatravsdaequaoparao clculo do calor extrado a presso constante: Onde vC a capacidade calorfica a volume constante. Para uma variao a presso constante, comP Pop= , a equao torna-se: ComodT / dQ Cp p= , dividimos tudo pordT e obtemos: que a relao desejada entre Cp e Cv. Esta usualmente escrita na forma

Essaequaorepresentaumarelaogeralentre pC e vC .Comoa quantidadenosegundomembrosempreserpositiva,temosque pC ser sempremaiorque vC paraqualquersubstncia.Oexcessode pCrelativamente a vC constitudo da soma dos dois termos. O primeiro termo otrabalhoproduzido,pdV ,porunidadedeaumentodetemperaturano processo a presso constante. O segundo termo aenergianecessriaparaafastarasmolculascontraasforas intermoleculares atrativas. Seumgsexpandido,adistnciamdiaentreasmolculas aumenta.Umaquantidadedeenergia precisasersupridaao gspara levar asmolculasaessamaiorseparaocontraasforasatrativas;aenergia necessria por unidade de aumento de volume dada pela derivada.VUT|.|

\|cc Numprocessoavolumeconstante,nohproduodetrabalhoea distnciamdiaentreasmolculaspermaneceamesma.Portanto,a capacidadecalorficapequena;todocalorextradovaiparaomovimento caticoeserefletenumaumentodetemperatura.Numprocessoapresso dV P dVVUdT C dQopTv+ |.|

\|cc+ =dVVUp dT C dQTv p ((

|.|

\|cc+ + =P Tv pTV.VUp C C |.|

\|cc((

|.|

\|cc+ + =P Tv pTV.VUp C C |.|

\|cc((

|.|

\|cc+ = ,TVpP|.|

\|cc,TVVUP T|.|

\|cc|.|

\|cc Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 23 constante, o sistema expande-se contra a presso que se ope e produz trabalhonasvizinhanas;ocalorextradodasvizinhanasdivididoem trspores.Aprimeiraporoproduztrabalhonasvizinhanas,a segundaprovaenergianecessriaparasepararasmolculasauma distnciamaioreaterceiraaumentaaenergiadomovimentocatico. Apenas essa ltima poro reflete-se num aumento de temperatura. Para produzir um incremento de temperatura de um grau, mais calor precisa ser extradonumprocessoapressoconstantedoquenumprocessoa volume constante. Assim, pC sempre maior que vC . Outraquantidadetilarazoentreacapacidadecalorfica, , definida por: Do que foi dito, claro que ser sempre maior que a unidade. Adiferenaentreascapacidadescalorficasparaogsideal adquire uma forma particularmente simples porque pela lei de Joule, Ento a diferena entre pCe vCfica: Seconsiderarmosascapacidadescalorficasmolares,ovolumeda derivada ser o volume molar e como, da equao de estado,p / RT V = , segue-sequederivandorelativamentetemperatura,mantendo-sea presso constante, temos: Colocando esse valor na equao acima, ela reduz-se simplesmente a Embora essa equao seja precisa e correta apenas para os gases ideais, ela uma aproximao til para os gases reais. Adiferenaentreascapacidadescalorficasparalquidosou slidos , usualmente pequena e, exceto em trabalho de grande preciso, suficiente tomar aindaqueexistamalgumasnotveisexceesaessaregra.Arazofsica parahaverumaigualdadeaproximadaentre pC e vC bvia.Os coeficientesdedilataotrmicadelquidoseslidossomuitopequenos, detalmodoqueavariaodovolumeporaumentodeumgrauna temperatura muito pequena; correspondentemente, o trabalho produzido na expansopequenoenecessriapoucaenergiaparaoaumentono espaamentoentreasmolculas.Praticamentetodoocalorextradodas vizinhanas vai para o aumento de energia do movimento catico e, portanto, reflete-senoaumentodetemperatura,queaproximadamentetogrande quanto num processo a volume constante. No entanto, se o sistema consiste inteiramente de um slido ou lquido, uma dificuldade prtica aparece. Se um lquido ou slido mantido em um recipiente de volume fixo e a temperatura aumentadadeumapequenaquantidade,apressosobeparavalores enormesemvirtudedapequenacompressibilidadedolquido.Qualquer recipientecomumseriadeformadoeaumentariadevolumeouentose romperia. Do ponto de vista experimental, processos a volume constante so possveisapenasparasistemasqueso,aomenosparcialmente,gasosos. Dessaforma,nofcilmedirdiretamente vC .Poroutrolado, pC facilmente mensurvel. Os valores Tabelados para as capacidades calorficas de lquidos e slidos so valores de pC . De acordo com a primeira lei da termodinmica temos que a energia conservada em qualquer processo, ou seja, se a energia deixa um sistema comocalor,terminanasvizinhanas,evice-versa.Essastransfernciasde energia como calor so medidas com um calormetro, um dispositivo no qual astransfernciasdeenergiasomonitoradasobservando-seasmudanas natemperatura.Dessaforma,seumareaoexotrmica,aenergia transferidacomocaloraocalormetroresultaemumaumentode temperatura,T .Oaumentoproporcional,eaconstantede proporcionalidadechamadadecapacidadecalorficadocalormetro, . calC . Ento o calor liberado pelo sistema ser: Noentanto,oaumentodatemperaturadeumaamostra proporcionalasua quantidade, isto, paraaumentaratemperaturadeuma amostragrandedeumasubstncianecessriomaiscalordoquepara aumentaratemperaturadeumaamostrapequenadamesmasubstncia. Assim,podemosdizerqueacapacidadecalorficaumapropriedade extensiva,ouseja,quantomaioraamostramaioracapacidadecalorfica. .VUT0 = |.|

\|ccPv pTVp C C |.|

\|cc= p / RTVP= |.|

\|cc. R C Cv p= , C Cv p=T . C qcal=v pC / C = Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 24 Dessa forma, mais comum apresentar a capacidade calorfica especfica (calor especfico), sC . Onde m a massa da amostra e sC dado em J(oC)1 ou JK1. Acapacidadecalorficapodetambmserdadaemtermosda capacidade calorfica molar, mC : Ondenaquantidadedematriaounmerodemolse mC dado em J(oC)1mol1 ou JK1mol1. Assim,acapacidadecalorficaespecfica(calorespecfico)ea capacidade calorfica molar so propriedades intensivas. Para uma substncia, Como: Ento: Acapacidadecalorficadeumasubstnciapodesermedidaum experimento simples. PROCEDIMENTO: Adicioneumaamostradeummetalemaproximadamente200,0 mLdeguaeaqueaatatemperaturaaproximadade100,0 oC.Em seguidautilizandoumapinaretireaamostraeatransfiraparaum calormetrocontendo50,0mLdeguadestiladaeanoteatemperatura final do sistema. Paraqueoexperimentosejarealizadonecessriomedir primeiramente a densidade da gua destilada e sua temperatura inicial. Todo o calor perdido pelo metal ser transferido para a gua e o resto para as vizinhanas. Como todo calor perdido ou ganho por cada substncia igual asuacapacidadecalorficamultiplicadapeloaumentooudiminuio datemperatura;acapacidadecalorficaa capacidadecalorficaespecfica multiplicadapelamassa.Acapacidadedocalormetrotopequenaque assumimosquepodeserdesprezada.Assim,aequaoutilizadaparao clculo da capacidade calorfica do metal ser: Pode-se observar que aps a adio do metal a gua a sua temperatura cai e a da gua aumenta, Assim: Dados: Capacidade calorfica especfica da gua = 4,184 J(oC)1. QUESTES PARA O RELATRIO: 01)Encontreecompareosvaloresdascapacidadescalorficasdosmetais utilizados nessa aula. Os valores obtidos esto prximos do experimental? Se no esto explique por que.02) Encontre e identifique as possveis falhas no experimento. 03) Explique porque para slidos e lquidos podemos utilizar v pC C = . 04)Expliqueoqueumapropriedadeintensiva.Apartirdessa informao, expliqueporqueacapacidadecalorficaespecficaumapropriedade intensiva. mCCs=nCCm=T . C q =m . C CmCCs s= =T . C . m qs=gua metalq q =] T . C m [ T . C ) . mq q) gua ( s ) gua ( metal s metal (gua metal) gua ( ) metal ( = = Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 25 AULA PRTICA NO 08: TRABALHO, CALOR E ENERGIA OBJETIVOS: O objetivo desta experincia verificar a relao entre o trabalho caloreenergia,produzidosporumareaoqumicaeverificarseuma reao exotrmica ou endotrmica. MATERIAIS: Equipamentos: 03 bqueres de 100,0 mL; Termmetro; Kitassato; Seringa de vidro de 50,0 mL; Mangueira de silicone para conexo; Agitador magntico revestido com teflon; Chapa de aquecimento e agitao; Papel alumnio. Reagentes: Soluo de HCl 6,0 mol.L1 (250,0 mL); Soluo de NH4OH (20,0 mL). INTRODUO TRABALHO E CALOR Os conceitos de trabalho e calor so de fundamental importncia emTermodinmicaesuasdefiniesprecisamsercompletamente compreendidas; o uso do termo trabalho em Termodinmica muito mais restritoqueseuusogeralemFsicaeousodotermocalorbastante diferente do significado cotidiano do termo. Em Termodinmica, trabalho definido como qualquer quantidade queescoaatravsdafronteiradeumsistemaduranteumamudanade estadoecompletamenteconversvelnaelevaodeumamassanas vizinhanas. Vrias coisas devem ser notadas nessa definio de trabalho: 1)O trabalho aparece apenas na fronteira de um sistema. 2)O trabalho aparece apenas durante uma mudana de estado. 3)O trabalho se manifesta atravs de um efeito nas vizinhanas. 4)A quantidade de trabalho igual amgh , ondem a massa que foi suspensa,g aaceleraodevidogravidadeeh aalturaem que a massa foi suspensa. 5)Otrabalhoumaquantidadealgbrica;elepositivoquandoa massasuspensa( + = h ),nestecasodizemosqueotrabalhofoi produzidonasvizinhanasouqueescoaparaasvizinhanas;ele negativoquandoamassaabaixada( = h ),nestecasodizemos queotrabalhofoidestrudonasvizinhanasouqueescoouapartir das vizinhanas. EmTermodinmica,ocalordefinidocomoumaquantidadeque escoaatravsdafronteiradeumsistemadurante umamudanadeestado, emvirtudedeumadiferenadetemperaturaentreosistemaesuas vizinhanas, e escoa de um ponto a temperatura mais alta para um ponto a temperatura mais baixa. Novamente vrias coisas devem ser enfatizadas: 1)O calor aparece apenas na fronteira do sistema. 2)O calor aparece durante uma mudana de estado. 3)O calor se manifesta por um efeito nas vizinhanas. 4)Aquantidadedecalorproporcionalmassadeguaque,nas vizinhanas,aumentade1grauatemperatura,comeandonuma temperatura e sob uma presso especificadas (precisamos concordar em usar um determinado termmetro). 5)Ocalorumaquantidadealgbrica;positivoquandoumamassa de gua nas vizinhanas resfriada, neste caso dizemos que o calor escoou apartir dasvizinhanas; negativo quando umamassa nas vizinhanas aquecida, neste caso dizemos que o calor escoou para as vizinhanas. Nessas definies de calor e trabalho, de importncia enorme que o julgamentodehaverounoocorridoescoamentodecaloroudetrabalho, numatransformao,sebaseianaobservaodosefeitosproduzidosnas vizinhanas e no do que aconteceu dentro do sistema. O exemplo seguinte esclarece esse ponto, bem como a distino entre trabalho e calor. Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 26 Consideremosumsistemaconsistindode10,0gdegualquida contida num bquer aberto sob presso constante de 1,0 atm. Inicialmente aguaesta25 oC,deformaquedescrevemosoestadoinicialpor p= 1,0 atm,t= 25 oC. O sistema agora imerso, digamos, em 100,0 g deguaaumatemperaturamaisalta,90 oC.Osistemamantidoem contato com estas 100,0 g at que a temperatura caia para 89 oC, sendo, depois o sistema removido. Dizemos que 100 unidade de calor escoaram apartirdasvizinhanasjque100,0gdeguanasvizinhanas apresentaramumaquedadetemperaturade1,0 oC.Oestadofinaldo sistema descrito porp= 1,0 atm,t= 35 oC. Consideramos, agora, o mesmosistema, 10,0 g de gua,p= 1,0 atmet =25 oC,eintroduzamosapdeumagitadormovidaporuma massa que cai (Figura 1). Ajustando adequadamente a massa que cai a e alturahde queda, a experincia pode ser ajustada de tal modo que, aps a massa cair uma vez, a temperatura do sistema suba para 35 oC. Ento, o estado final do sistema p= 1,0 atm ,t= 35 oC. Nessa experincia a mudanadeestadodosistemaexatamenteamesmaquena experinciaanterior.Nohescoamentodecalor,masumescoamento de trabalho. Uma certa massa est numa altura menos nas vizinhanas. Figura 1. Experincia de Joule sobre o equivalente mecnico do calor Se no observssemos o experimentador enquanto a mudana de estado fosse efetuada, masobservssemos o sistemaantes e depois da mudana de estado, no poderamos concluir nada acerca do escoamento decaloroudetrabalho.Concluiramosapenasqueatemperaturado sistema estava maior, como veremosmais tarde, o que implica um aumento deenergiadosistema.Poroutrolado,seobservssemosasvizinhanas antesedepois,encontraramoscorposmaisfriose/oumassasmaisbaixas. Dessas observaes nas vizinhanas poderamos imediatamente concluir as quantidades de calor e trabalho que escoaram na transformao. Deveterficadoclaroqueseumsistemaestmaisquente,isto, est numa temperatura mais alta depois que alguma transformao ocorreu, nosignificaqueeletenhamaiscalor,elepoderiaterigualmentemais trabalho.Naverdadeosistemanotemnemcalornemtrabalho;esse uso desses termos deve ser evitado a todo custo. Esse uso parece advir da confuso entre os conceitos de calor e temperatura. AexperinciadaFigura1 aclssicaexperinciadeJoulesobreo equivalentemecnicodocalor.Estaexperinciajuntamentecomas anterioresdeRumfordforamresponsveispeloabandonodateoriado calrico e do reconhecimento de que calor , num certo sentido, equivalente energia mecnica comum. Mesmo hoje em dia, essa experincia descrita aspalavrastrabalhoconvertidoemcalor.Nadefiniomodernado termo,nohcalorenvolvidonaexperinciadeJoule.Hojeemdia,a observao de Joule descrita dizendo-se que a destruio de trabalho nas vizinhanasproduzoaumentodetemperaturanosistema.Ou,deforma menos rgida, o trabalho das vizinhanas convertido em energia trmica do sistema. Osdoisexperimentos,imersodosistemanaguaquenteea rotao de uma p no sistema, envolvem a mesma mudana de estado, mas efeitos diferentes de calor e trabalho. As quantidades de calor e trabalho que escoam dependem do processo e, portanto, docaminho que une os estados inicialefinal.Caloretrabalhosochamadosfunesquedependemdo caminho. TRABALHO DE EXPANSO Seumsistemaalteraseuvolumecontraumapressoqueseope, observa-se,nasvizinhanas,umefeitodetrabalho.Essetrabalhode expansoaparecenamaioriadassituaesprticas.Seja,comosistema, umaquantidadedegscontidanumcilindromontadocomumpistoD (Figura2a).Admite-sequeopistonotenhamassaequesemovasem atrito.Ocilindroimersoemumtermostato,paraqueatemperaturado sistemasejaconstanteatravsdamudanadeestado.Amenosquese especifiqueocontrrio.Emtodasasexperinciascomcilindrosadmitir-se- Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 27 queoespaoacimadopisto estejaevacuado,demodoquenoexiste presso do ar empurrando o pisto para baixo.Noestadoinicial,opistoDmantidocontraoconjuntode presilhasS pela presso do gs. Um segundo conjunto de presilhasS colocado para segurar o pisto depois que o primeiro conjunto tenha sido retirado.OestadoinicialdosistemadescritoporT , 1p e 1V . Colocamos uma pequena massaMsobre o pisto; essa mesma precisa ser suficientemente pequena de forma que,quando as presilhasS forem retiradas,opistosubaesejaforadocontraaspresilhasS.Oestado final do sistema T , 2pe 2V(Figura 2b). A fronteira a parede interna docilindroedopistoeseexpande,duranteatransformao,para envolver um volume maior 2V . Trabalho produzido nessa transformao, uma vez que uma massaMnas vizinhanas foi elevada de uma distncia verticalh contraaforadagravidadeMg .Aquantidadedetrabalho produzida dada por: Se a rea do pisto A , ento a presso que age no pisto para baixo dada por:A / Mg Pop =e a presso que se ope ao movimento dopisto.Portanto,A P Mgop= .Usandoessevalornaequaoacima, obtemos: Entretanto,oprodutoAh simplesmenteovolumeadicionalenvolvido pela fronteira na mudana de estado. AssimV V V Ah = =1 2 e temos: Otrabalhoproduzidonamudanadeestado,mostradona equaoacima,representadograficamentepelareahachuradano diagramaV p da Figura 2(c). A curva pontilhada a isoterma do gs, na qual os estados inicial e final foram indicados. evidente queMpode ser qualquervalorarbitrriodesdezeroatalgumlimitesuperiordefinidoe queaindapermitaqueopistosubaataspresilhas' S .Segue-seque opPpode ter qualquer valor no intervalo 0 s opPs 2p , de tal forma que a quantidade de trabalho produzida pode ter qualquer valor entre 0 e algum limite superior. O trabalho uma funo do caminho. Precisamos lembrar-nosdeque opP arbitrrioequenoestrelacionadocomapressodo sistema.O sinal deW determinado pelo sinal de, V j queA / Mg Pop= semprepositivo.Naexpanso,+ = V ,+ = W eamassasobe.Na compresso, = V , = We a massa desce. (a) (b) (c) Figura 2. Expanso em um nico estgio.(a) Estado inicial. (b) Estado final. (c)Trabalhoproduzidonumaexpansoemumnicoestgio, ). V V ( P Wop 1 2 = TRABALHO DE EXPANSO DE UM GS A entidade fsica fundamental em termodinmica o trabalho. Como j foi mostrado, h trabalho quando um corpo deslocado contra umafora queseopeaomovimento.Umexemplodetrabalhoaexpansodeum gsqueempurraumpistoeprovocaaelevaodeumpeso,como mostradonaFigura2(a),(b)e(c).Umareaoqumicaqueproduzgases pode realizar este tipo de trabalho. Por exemplo, considere a reao qumica mostrada abaixo: Quando2,0molsdealumnioreagecomcidoclordriconumrecipiente fechado, 3,0 mols de H2 so desprendidos. Se o gs se expande contra uma presso externa constante, o trabalho realizado pelo gs podeser calculado a partir da equao de estado dos gases perfeitos:

. Mgh W =. Ah P Wop=). V V ( P Wop 1 2 =) g ( ) aq ( ) aq ( ) s (H AlCl HCl Al2 33 2 6 2 + +nRT pV =pnRTV = Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 28 Ogsformadona reaoqumicaempurra ombolodaseringa, ou seja, realiza trabalho de expanso, conforme mostra a Figura 3. Assim, teremos: Neste caso, ext opp P = , ento a equao acima torna-se: Nesta situao, podemos desprezar o volume inicial de gs, pois o volumefinal(depoisdodesprendimentodogs)muitograndeem relao ao volume inicial, assim teremos:

como, p / nRT V =podemos ter: Onden a quantidade de matria (nmero de mols) de H2 desprendido na reao. ComoV p Wext= , portanto para a reao acima, teremos: Onden quantidadedematriadoH2desprendidosnareao(que iguala3/2daquantidadedematriadoalumnio),R constante universaldosgaseseT atemperaturaambiente.Poroutraladoo trabalho devido a expanso de gs contra uma presso constante, Figura 3, pode ser calculado atravs da seguinte equao: Figura 3. Expanso de um gs contra uma presso externa constante. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARTE I: TRABALHO DE EXPANSO DE UM GS Monte o equipamento mostrado na Figura 4. mangueira de conexochapa de agitaoe aquecimentoseringa suporte universalKitassato Figura 4. Representao esquemtica dos equipamentos. Em seguida coloque o agitador magntico no Kitassato e certifique-se que mbolo da seringa esteja na posio de leitura igual azero mL. Pese as amostrasdealumnio(10,0;20,0;30,0;;40,0e50,0mg)eanoteosvalores na Tabela 1. Mea 50,0 mL de cido clordrico (HCemseguida,coloqueaamostradealumnio,previamentepesada,no Kitassatoetampecomarolhadeborracha.Sejabastanterpidonesse procedimento!Ligueoagitadormagnticoeespereatqueareaose complete e faa a leitura da expanso do gs na seringa de 50,0 mL. Anote essevalornaTabela1.Repitaomesmoprocedimentoparatodasas amostras de alumnio, at completar a Tabela 1. . V P Wop=. V . p Wext=, V V V V 2 1 2~ =.pnRTVext=2extextpnRT. p W =. nRT W =. V p Wext= Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 29 PARTE II: REAES EXOTRMICAS E ENDOTRMICAS Coloque50,0mLdegua emumbquerde100,0mLemeaa temperatura da gua. Misture 20,0 mL de cido clordrico (HCemeaatemperaturadasoluoeanoteestevalor.Repitaomesmo procedimento para a soluo de amnia. Tabela1.Trabalhodeexpansodeumgsproduzidoporumareao qumica. Alumnio (mg) Volume (mL) Trabalho (J) Trabalho (J)

QUESTES PARA O RELATRIO 01) Verifique atravs da equao 1 que a quantidade de matria (nmero de mols) de H2 3/2 do da quantidade de matria do alumnio. 02)RepresenteemumpapelmilimetradooufaagrficosnoOriginou Excel, representando o trabalho calculado pelas equaes demonstradas no experimento. 03)NoprocedimentoII,explicaravariaodatemperaturaparacada reao. Diga se a reao exotrmica ou endotrmica. 04)Quaissoasfontesdeerrooulimitaonesteexperimento?Para cada uma, tente dizer que efeito elas tero nos resultados esperados dos experimentos. Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 30 AULA PRTICA NO 09: DETERMINAO DE CALORES DE REAES E APLICAO DA LEI DE HESS OBJETIVOS: 01) Determinar a capacidade calorfica de um calormetro. 02) Verificar como se determinam os calores de reaes. 03) Constatar a Lei de Hess. MATERIAIS: Equipamentos: Balana analtica; Bquer; Calormetro; Densmetro; Esptula; Proveta; Termmetro. Reagentes: gua destilada; Nitrato de potssio; Hidrxido de sdio em lentilhas; Soluo de hidrxido de sdio 0,50 mol/L; Soluo de cido clordrico 0,50 mol/L; Soluo de cido clordrico 0,25 mol/L. INTRODUO Atravsdaexperinciadiria,oconceitodecalorcomosendo uma forma de energia que flui do mais quente para o mais frio, surge de maneiraquasequeintuitiva.Enquantooutrasformasdeenergiapodem serconvertidasintegralmenteemcalor,oinversonopossvel.Nas reaesqumicas,grandepartedasenergiasenvolvidasnasinteraes denaturezaeltricaoumagntica,aparecemsobformadecaloroude trabalho. Muitas reaes ocorrem com liberao de calor para o ambiente, sendodenominadasexotrmicas.Outras,endotrmicas,retiramcalordo ambiente com conseqente abaixamento de temperatura. Podeserdemonstradoqueocalortransferidoemumamudanade estado presso constante, igual variao de entalpia do sistema. Aentalpiadeumsistemaasomadaenergiainternadomesmo(U)eda energia de expanso ou energia elstica. Quandoasreaesqumicasseprocessamemcondiesdepresso constante,oscaloresenvolvidossoiguaissvariaesdeentalpiasdas reaes. Quandoareaoqumicaconduzidaapressoconstante,a variao de entalpia, designada porAH, dada simplesmente pela diferena entre as entalpias dos produtos e dos reagentes. Independentemente dos caminhos percorridos pelos reagentes at formao dosprodutos,avariaodeentalpiadeversersempreamesma.Essa afirmao,queconstituialeideHess,provemdofatodequeaentalpia umafunodeestado,ouseja,cadaestadoapresentaoseuvalor correspondentedeentalpia.Porisso,adiferenadeentalpiaentreosdois estadosindependentedequantosestadospossamexistir intermediariamente. Asmedidasdeentalpiadasreaessogeralmenteexecutadas atravsdoempregodecalormetros,efornecemmuitasinformaessobre asenergiasdeligao.Autilizaoinversadasinformaessobreas energias de ligao permite, por outro lado, a previso de calores de reaes, muitos dos quais impossveis de serem determinados. PROCEDIMENTO: PARTEI:DETERMINAODACAPACIDADECALORFICADO CALORMETRO H Qp A =PV U H ) PV ( + = = Areagentes produtosH H H Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 31 Meaemumaproveta,comcapacidadede250,0mL,200,0mL de gua destilada, coloque no calormetro e agite com cuidado, at que a temperatura se mantenha constante. Anote esta temperatura. Em seguida, peseemumfrascocomtampa,aproximadamente,10,0gdenitratode potssio(KNO3)eotransfiraparaocalormetro,agitecomcuidadoe anote a temperatura mnima alcanada. Peseofrascovazio.Adiferenadasmassasentreasduas pesagens fornece a quantidade exata de nitrato de potssio empregada. Transfiraasoluodenitratodepotssioparaumaprovetade 250,0mLedetermine,comumdensmetro,asuadensidade.Anoteo calor especfico correspondente consultando a Tabela 1 em anexo. Obs.:Apsoexperimento,coloqueasoluodenitratodepotssioem um recipiente para recuperao. INTERPRETAO DOS RESULTADOS: Calcule a capacidade calorfica do calormetro atravs do balano energtico da dissoluo do nitrato de potssio em gua. qdissoluo = qabs. soluo + qabs. calormetro onde: dissoluoq= calor de dissoluo = dissoluo KNOH . n3 3KNOn= nmero de mols de KNO3. soluo . absq =CalorabsorvidopelasoluodeKNO3=T . c . m = T . c . V . donde: m = massa da soluo em gramas d= densidade da soluo em g/mL V= volume da soluo em mL c= calor especfico da soluo em cal/g.oC T = variao da temperatura em oC o calormetr . absq= calor absorvido pelo calormetro =T . CC= capacidade calorfica do calormetro. PARTE II: CONSTATAO DA LEI DE HESS. Dissoluo do hidrxido de sdio em gua Meacomumaproveta,200,0mLdeguadestilada,coloqueno calormetro, agite com cuidado at atingir temperatura constante. Anote esta temperatura.Emumabalana,peseaproximadamente2,00gdehidrxido desdio(NaOH)(apesagemdeveserrpida,devidoaoaltograude higroscopicidadedohidrxido).Coloqueohidrxidonocalormetro,agite cuidadosamente e anote a temperatura mxima alcanada. Reao entre hidrxido de sdio (slido) e cido clordricoRepita a operao do item anterior utilizando 100,0 mL de soluo de cido clordrico 0,25 mol/L no lugar de200,0mL de gua destilada. Anote a temperatura mxima alcanada. Reao entre hidrxido de sdio e cido clordrico Mea 100,0 mL de soluo de cido clordrico 0,50 mol/L, coloque no calormetro e anote a temperatura. Em seguida, mea 100,0 mL de hidrxido de sdio 0,50 mol/L, anote a temperatura da soluo, que deve ser aproximadamente a mesma da temperatura do cido. Adicione a soluo de hidrxido de sdio soluo de cido clordrico contida no calormetro, agite rapidamente e anote a temperatura mxima alcanada. INTERPRETAO DOS RESULTADOS: De acordo com a Lei de Hess: ( ) mol / Kcal , H NO K O H KNOdissoluo ) aq ( ) aq ( ) l ( ) s (34 83 2 3= A + + +Tq qCsoluo . abs dissoluaoA=) H ( Cl Na O H Cl H NaOH) H ( Cl Na O H Cl H OH Na) H ( OH Na O H NaOH) aq ( ) aq ( ) l ( ) aq ( ) aq ( ) s () aq ( ) aq ( ) l ( ) aq ( ) aq ( ) aq ( ) aq () aq ( ) aq ( ) l ( ) s (2 23 21 2A + + + +A + + + + +A + + + + + + + +3 1 2H H H A A = A Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 32 Calcule o calor de reao (reaoq ) por meio da expresso: o calormetr . abs soluo . abs reaoq q q + = onde: reaoq= calor de reao soluo . absq= calor absorvido pela soluo =T . c . m=T . c . V . dqabs. calormetro = calor absorvido pelo calormetro =T . C Para os valores de densidade e calor especfico das solues de NaOH e NaCl, consulte a Tabela 1 em anexo. O calor de dissoluo do NaOH pode ser calculado atravs da expresso: onde: NaOHn = quantidade de matria (nmero de mols) do hidrxido de sdio Para atribuir o sinal aos valores deH , observe a seguinte conveno: Reao exotrmica (libera calor)H < 0 Reao endotrmica (absorve calor)H > 0 ANEXO Tabela1. Densidade e calor especfico de algumas solues aquosas. Soluo Concentrao (mol/L) Densidade (g/cm3) Calor especfico (cal/g oC) NaOH1,001,040,94 0,501,020,97 0,251,010,98 NaCl2,001,080,91 1,001,040,93 0,501,020,95 KNO3 1,001,060,90 0,501,030,94 0,251,020,97 NaOHdissoluonqH = A Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 33 AULA NO 10: Termoqumica OBJETIVOS: Determinar experimentalmente a variao da entalpia e da energia interna da gua no ponto de ebulio. DeterminarovalordeH(variaodeentalpia)dareao de hidratao do sulfato de cobre anidro. MATERIAIS: Equipamentos: Bquer de 250mL Bquer de 50mL Termmetro digital Basto de vidro Calormetro Mergulho Reagentes: gua destilada Sulfato de cobre anidro Sulfato de cobre hidratado INTRODUO Deumamaneirageral,avariaodaenergiainternadeum sistema .pU Q w A = +(eq 1) Rearranjandoaequao,determina-seavariaodaentalpia como: 2 1 2 12 2 1 1( )( ) ( ) (eq - 2)pppU U Q p V VU PV U PV QH Q = + + + =A = Por outro lado, a energia fornecida como calor por uma corrente eltrica, i, de uma fonte de tenso, V, a um sistema, durante um intervalo de tempo, t, (eq - 3)onde(eq - 4)q PtP iV== Combinando as equaes (3) e (4) tem que q iVt = Se um volume de gua, sob presso constante de 1 atm, aquecido at o seu ponto de ebulio e em seguida fornecido energia calorfica atravs de um resistor eltrico (mergulho) em contato trmico com a gua, durante umintervalodetempo,observa-sequehvaporizaodagua.Portanto pode-secalcularavariaodaentalpiamolaredaenergiainternadagua nopontodevaporizao.Avariaodaentalpiamolardevaporizaoda gua igual variao da entalpia dividida pelo nmero de mols. (eq - 5).mHHnAA = A variao da energia interna molar da gua no ponto de ebulio, admitindo que o vapor venha ter um comportamento de um gs ideal dada por (eq - 6)m m gU H n RT A = A A Onde ng a variao do nmero de mols. Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 34 Mtodo para a medida do H da reao de hidratao do sulfato de cobre anidro. Queremosmedirocalorliberadonareaodehidrataodosulfatode cobreanidro (CuSO4),entoporque devemosmedirtambmavariao detemperaturanasolubilizaodosulfatodecobrehidratado (CuSO4.5H2O)? O sulfato de cobre anidro, em contato com a gua, formar primeiramente, osalcomplexocristalino(slido),sulfatodecobrepenta-hidratado (CuSO4.5H2O),devidocomplexaodas5molculasdeguacomo ctionCu2+.Ocalorenvolvidonestaetapaquenosinteressa,maso CuSO4.5H2O(cristalino)formado,emseguida,sedissolvenagua, formando a soluo aquosa azul dos ons solvatados pela gua. Deve-selembrarqueadissoluodeumsalcristalinoemgua, geralmente, um processo endotrmico, porque para quebrar a estrutura da rede cristalina, necessita-se de energia (absoro de calor). A medida davariaodatemperaturanadissoluodosalcristalinoCuSO4.5H2O possibilitar encontrar o calor de dissoluo, que descontaremos do cal or finalencontradonahidrataodoCuSO4anidro,pelomotivodeno conseguirmos parar a reao no CuSO4.5H2O cristalino (ele se forma e dissolve imediatamente). Procedimento: Parte 1 a)Colocar 100g de gua destilada, m1, no bquer de 500mL b)Colocar o mergulho (P = 1000 watts, V = 220V) e aquecer a gua at atingir o ponto de ebulio. c)Deixar a gua ferver durante 15 minutos. d)Desligar o mergulho. e)Apsresfriarosistema,pesaragua,eanotarosvaloresna Tabela. m1(g) m2(g) Tempo (s) Parte 2a a)Pesarexatamente2gdesulfatodecobreanidro(levemente esverdeado) em um bquer de 50mL previamente tarado. b)Colocar o Becker com o sal sobre uma tela de amianto (ou qualquer outro isolante do mrmore da bancada) na temperatura ambiente. c)EmseguidacolocarumtermmetrodentrodoBecker(emcontato com o sal anidro) e adicionar 15mL de gua destilada. d)Anotar a maior variao de temperatura observada. e)EmseguidapesaroBeckercomasoluoazulresultanteepor diferena encontrar a massa da soluo. Peso do Becker vazio (tara) = Peso exato do sal anidro =Peso da soluo aquosa resultante =T (maior variao da temperatura observada Tfinal Tinicial) = Parte 2b DeterminaodavariaodetemperaturaquandosedissolveCuSO4 hidratado em gua. a)Procedimentoidnticoaetapaa,squeagoracercade2gde CuSO4.5H2O sero dissolvidos em 15mL de gua destilada. b)Tomarcuidadoaomediratemperatura,poisavariaode temperaturanessecasobemmenordoqueodoitemanterior. Dependendodotermmetroutilizado,talveznosejaverificada nenhuma variao de temperatura. Em seguida pesar o bcker com a soluo e por diferena encontrar o pesa da soluo. Peso do Becker vazio (tara) =Peso exato do sal hidratado =Peso da soluo aquosa resultante =T (maior variao da temperatura observada Tfinal Tinicial) = Clculos Apartirdasvariaesdetemperaturasobservadasnasetapas2e2be sabendo-se: Apostila de Fsico-Qumica Experimental Tarcsio Souza 35 -Amassadassolues,amassadosbeckers,eoscaloresespecficos dovidroedasoluoaquosadeCuSO4hidratado,determinarocalor (entalpia) de hidratao do sulfato de cobre anidro. H = ? Dados disponveis - Calor especfico da soluo aquosa de CuSO4 hidratado CES = 1cal/goC - Calor especfico do vidro (dos beckers) CEV = 0,2 cal/goC. Etapa a CALOR ENVOLVIDO = (Calor absorvido pela soluo) + (Calor absorvido pelo calormetro) Emseguida,fazeroclculoparaaequaomolar,isto,parauma equaobalanceada(para1moldeCuSO4anidro),poisoHocalor envolvido para a proporo molar de uma equao balanceada. Calor liberado (em cal) -----gramas de CuSO4 anidro X (cal)----- 159,5 g (1mol de CuSO4) Clculos para a etapa b ( )Calor envolvido envolvido no processo (hidratado) = massa da solucaoxTxCES +(massa do vidrox TxCEV) A Emseguida,fazeroclculopara1moldesulfatodecobrepenta hidratado. Calor envolvido (em cal) -----gramas de CuSO4.5H2O Y (cal)----- 249,5 g (1mol de CuSO4 hidratado) -O sinal negativo deve-se por tratar de uma reao exotrmica. Questes para relatrio 1.Clculodaenergiaeltricatransferidanaformadecalorpela equao 3. 2.Clculo do nmero de mols de gua vaporizado. 3.Encontre o valor da variao molar da entalpia da gua no ponto de ebulio. 4.Qual o valor da variao molar da energia interna da gua no ponto de ebulio? 5.Quais as possveis fontes de erros. 6.Qualovalordavariaodaentalpiamolardehidrataodosulfato de cobre? - ( X Y) = H