Experimento 1: Entalpia de Neutralizao

Objetivo: Determinar o calor transferido durante diferentes transformaes qumicas e fsicas. Verificar experimentalmente a lei de Hess.

1. IntroduoA termoqumica a cincia que estuda as transferncias de calor associadas a uma reao qumica ou a mudanas no estado fsico de uma substncia. A quantidade de calor liberada ou absorvida em um processo pode ser determinada experimentalmente utilizando-se um aparelho chamado calormetro. O calormetro e seu contedo formam um sistema isolado, que impede trocas de calor com o exterior. Um frasco de Dewar (garrafa trmica) cumpre este requisito. Outros arranjos experimentais podem ser propostos desde que permitam o isolamento do sistema reacional. O calor liberado ou absorvido por uma reao sob presso constante pode ser medido em um calormetro simplificado, como um copo de isopor (Poliestireno expandido) que atua como camada externa isolante visando assegurar que a energia na forma de calor nem entre nem saia do recipiente externo.A energia fornecida ou liberada como calor sob presso constante igual mudana de entalpia, H.Qp = H (1)A entalpia de reao, rH (2) a diferena entre as entalpias molares dos produtos e dos reagentes, cada termo ponderado pelo seu respectivo coeficiente esquiomtrico, , na reao qumica.rH = Hm(produtos) - Hm(reagentes) (2)Neste experimento, voc medir a entalpia de neutralizao de um cido e uma base usando um calormetro. O calor liberado na neutralizao causar um aumento da temperatura da soluo e do calormetro. Considerando que desejamos obter o valor do calor da reao e que o calormetro absorve parte do calor liberado, devemos conhecer a quantidade de calor absorvida pelo calormetro. Para isto devemos determinar experimentalmente sua a capacidade calorfica (quantidade de calor necessria para aumentar a temperatura do calormetro em 10C). A mudana de temperatura durante o processo pode obtida experimentalmente a partir da equao 3, onde m a massa do lquido colocado no calormetro, geralmente gua, Cp a capacidade calorfica a presso constante e T a diferena de temperatura. Qp = H = m.Cp.T (3) A capacidade calorfica do calormetro determinada pela medida da variao da temperatura que ocorre quando uma quantidade conhecida de gua quente adicionada a uma quantidade conhecida de gua fria no calormetro. O calor perdido pela gua quente igual ao calor ganho pela gua fria e pelo calormetro, assumimos que q = 0 o que implica em dizer que no ocorre perda de calor para as vizinhanas (laboratrio).qperdido pela gua quente = qganho pela gua fria + qcalormetro (4)A entalpia de neutralizao ser obtida a partir da equao 5, descrita abaixo:qneutralizao = - (qganho pela soluo + qcalormetro) (5)

Lei de Hess

Quando uma reao desejada no tem sua entalpia tabelada possvel obter seu valor a partir da entalpia de reaes conhecidas. Este fato conseqncia da entalpia ser uma funo de estado, ou seja, a variao da entalpia da reao global pode ser expressa como a soma das variaes da entalpia de cada etapa de um caminho que conduz reao desejada. Este aspecto pode ser resumido pela Lei de Hess:A entalpia de uma reao a soma das entalpias das reaes nas quais a reao global pode ser dividida. Neste experimento a validade da Lei de Hess ser testada a partir dos dados obtidos experimentalmente para a reao de neutralizao do cido clordrico e do hidrxido de sdio e da entalpia de hidratao do hidrxido de sdio.

2. Reagentes, Vidrarias e EquipamentosNaOH slido.NH4Cl slido.Soluo de NaOH 1,0 mol L-1.Soluo de HCl 1,0 mol L-1.Soluo de fenolftalena.gua destilada.Calormetro.Bquer de 100 mL.Bquer de 50 mL.Conta-gotas.Proveta de 50 mL.Balo Volumtrico de 100 mL.Basto de vidro.Termmetro.Balana analtica.Banho-maria.Esptula.

3. Parte Experimental

3.1. Determinao da capacidade calorfica do calormetroUtilize o seu bquer de 100 mL para ser o compartimento interno do calormetro. Pese-o e anote a massa (ela ser necessria em vrias etapas deste experimento!). ATENO: o mesmo bquer deve obrigatoriamente ser utilizado em todo o experimento. Prepare seu calormetro e coloque 40,0 mL de gua destilada em seu interior. Feche, agite e leia a temperatura algumas vezes para se certificar de que est estabilizada. Em outro bquer, adicione um volume igual (40,0 mL) de gua destilada e a aquea entre 15-20 C acima da temperatura ambiente (Use um banho-maria). Coloque o bquer sobre a bancada, agite e leia a temperatura repetidas vezes at ter certeza de que ela esteja razoavelmente estabilizada. Faa, ento, a leitura final e anote o valor. Transfira rapidamente a gua quente do bquer para o calormetro contendo 40 mL da gua fria, feche, agite e leia a temperatura diversas vezes at estar certo de que o valor est estabilizado (no deve demorar mais do que poucos minutos). Faa, ento, a leitura final da temperatura. Sabendo que a capacidade calorfica especfica da gua de 4,184 J K-1 g-1, determine a capacidade calorfica do calormetro.

3.2. Determinao do calor de neutralizao de HCl(aq) e NaOH(aq)Seque o bquer do calormetro, o agitador e o termmetro. Monte o calormetro e coloque em seu interior 40,0 mL de soluo de HCl 1 mol L-1 e 2 gotas de fenolftalena. Agite, leia a temperatura algumas vezes e anote seu valor quando ficar constante. Calcule o volume de soluo de NaOH 1 mol L-1 necessrio para neutralizar o HCl. Mea este volume e acrescente mais 5,0 mL para assegurar que todo o HCl ser neutralizado (Mostre seu clculo a um professor, tcnico ou monitor antes de realizar esta etapa!). Coloque essa soluo em um bquer. Retire o termmetro do calormetro (certifique-se, antes, de que voc anotou a temperatura), lave-o, seque-o, e mea a temperatura da soluo de NaOH. Se esta no for igual temperatura da soluo do calormetro, aquea (por exemplo, com o calor de suas mos) ou esfrie (por exemplo, com um banho de gua contendo algumas pedrinhas de gelo) a soluo de NaOH at que sua temperatura seja a mesma da soluo de HCl do calormetro. Adicione rapidamente a soluo bsica cida contida no calormetro, feche, coloque o termmetro, e agite. Observe constantemente a temperatura e anote seu valor mximo. Verifique e anote a cor da soluo no interior do calormetro. Retire o termmetro e o agitador procurando no perder soluo. Retire o bquer, espere que retorne temperatura ambiente e pese-o (com a soluo ainda dentro!). Subtraindo a massa do bquer vazio voc obter a massa da soluo. Sabendo que a capacidade calorfica especfica de uma soluo de NaCl 0,5 mol L-1 de 4,02 J K-1 g-1, determine o calor de neutralizao molar do HCl com NaOH.

3.3. Determinao do calor de dissoluo do NaOH(s)Lave e seque as partes do calormetro (bquer, agitador, termmetro), torne a montar o calormetro e coloque 40,0 mL de gua em seu interior. Determine e anote a temperatura dessa gua da mesma forma como feito anteriormente. Pese cerca de 1,60 gramas de NaOH (anote a massa!) em um bquer de 50 mL (Realize a operao rapidamente devido natureza higroscpica do NaOH). Adicione rapidamente este slido ao calormetro, tampe e agite (a agitao precisa ser eficiente para promover a rpida dissoluo do NaOH), observando constantemente a temperatura. Anote o valor mximo. Para calcular, lembre-se que a massa da soluo dentro do calormetro deve ser 40,0 g mais a massa de NaOH ( 1,60 g) que voc adicionou. No necessrio pesar a soluo. A concentrao da soluo obtida aproximadamente 1,0 mol/L e sua capacidade calorfica especfica de 3,93 J K-1 g-1. Determine o calor de dissoluo do NaOH(s). Lembre-se que o H que voc quer calcular em Joules por mol de NaOH que se dissolve.

3.4. Determinao do calor de reao de HCl(aq) e NaOH(s)Lave e seque as partes do calormetro. Calcule o volume de HCl 1 mol L-1 que contm 0,045 mol de HCl (Mostre seu clculo a um professor, tcnico ou monitor antes de realizar esta etapa!). Mea esse volume e adicione ao bquer do calormetro juntamente com 40 mL de gua destilada. Misture bem e determine a temperatura como das vezes anteriores. Pese cerca de 1,60 gramas de NaOH (anotando a massa exata) em um bquer de 50 mL, da mesma maneira que em 3.3. No deixe, porm, que a massa seja superior a 1,7 g (0,0425 mol), para ter certeza que todo o NaOH vai reagir. Adicione o slido ao calormetro, tampe e agite, e anote o valor mximo de temperatura atingido. Determine a massa da soluo como descrito em 3.2. O calor especfico desta soluo j foi fornecido em 3.2. Note que voc deve calcular o H baseado na quantidade (moles) de NaOH que voc adicionou. Com estes dados, determine o calor de reao entre o HCl(aq) e o NaOH(s).

3.5. Determinao do calor de dissoluo de NH4Cl(s)Proceda da mesma forma descrita em 3.3., mas utilizando 80 mL de gua destilada no calormetro e pesando cerca de 4,30 g de NH4Cl (Anote a massa exata). A concentrao da soluo obtida aproximadamente 1,0 mol L-1 (Certifique-se fazendo os clculos). Como calor especfico use o valor aproximado 3,93 J K-1 g-1. Calcule o H em calorias por mol de NH4Cl.

4. Resultados e discusso

a) Determine: a capacidade calorfica do calormetro, o calor molar de neutralizao do HCl(aq) com NaOH(aq), o calor molar de dissoluo do NaOH(s), o calor molar de reao entre o HCl(aq) e o NaOH(s), o calor molar de dissoluo do NH4Cl(s). Mostre explicitamente todos os clculos realizados e todas as equaes qumicas envolvidas.b) Combine apropriadamente as equaes qumicas empregadas neste experimento para demonstrar a validade da lei de Hess para a reao de neutralizao do HCl(aq) com NaOH(aq)..c) Compare os seus valores de H de neutralizao com valores da literatura e faa uma discusso crtica.d) Discuta o processo de dissoluo do cloreto de amnio em gua.

5. Bibliografia

Constantino, M.G., Silva, G.V.J. da, Donate, P.M.. Fundamentos de Qumica Experimental. So Paulo: Edusp, 2004.Atkins, P.W., Jones, L. Princpios de Qumica: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: ed. Bookman, 2001.

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-46702010000200007&script=sci_arttext

http://www2.ufpa.br/quimdist/Livros/Qu%EDmia%20Geral%20Def%20PDF/Cap%EDtulo%20VI%20Termodin%E2mica.pdf