Calorimetria

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1 Calorimetria
Em termodinâmica a soma das energias cinética e potencial de um sistema é denominada energia interna, U. Experimentalmente, observa-se que é possível alterar a energia interna de um sistema por realização de trabalho sobre o sistema ou por aquecimento do mesmo. Essa condição pode ser expressa da seguinte forma:
ΔU = q + w
onde w representa a soma de todos os tipos de trabalhoque o sistema pode realizar. Portanto, se o sistema é incapaz de realizar qualquer tipo de trabalho, inclusive o de expansão (quando o sistema é mantido a volume constante), pode-se concluir que a variação de energia interna é igual ao calor trocado com o sistema quando ocorre uma mudança de estado do sistema.
Quando o volume não é constante, a variação da energia interna não é igual à energiatransferida na forma de calor. Nesta circunstância, o calor fornecido a pressão constante é igual a variação de outra propriedade do sistema, a entalpia que se define por:
H = U + pV
onde p é a pressão do sistema e V é o volume. Quando a pressão é constante a variação de entalpia é igual ao calor fornecido ao sistema.



2.2 Capacidades caloríficas
A capacidade calorífica se define como aquantidade de energia na forma de calor necessária para elevar a temperatura de um corpo em 1°C. O calor especifico é a quantidade de energia necessária para elevar em 1°C a temperatura de 1g de uma substância.
Quando o sistema troca calor com meio externo, não havendo reações químicas ou mudanças de fase, a variação de temperatura ΔT pode ser relacionada ao calor sensível pela capacidadecalorífica do sistema (C).
C = q/ΔT
Uma capacidade calorífica elevada significa que uma quantidade de calor fluindo para o sistema provocará uma pequena elevação de temperatura, enquanto que, se a capacidade calorífica for baixa a mesma quantidade d calor provoca uma grande elevação da temperatura. Em geral, as medidas feitas em laboratórios são a pressão constante, portanto:
C = ΔH/ΔT
Acalorimetria é o estudo do calor transferido durante um processo físico ou químico. Esta determinação baseia-se na Primeira Lei da Termodinâmica: “a energia interna de um sistema isolado é constante”. As medidas calorimétricas são realizadas para determinar a condutividade térmica ou capacidade calorífica de materiais, bem como ganhos e perdas de energia decorrentes de transformações físicas ou químicas.A parte da calorimetria que trata do estudo dos efeitos do calor que acompanham as reações químicas, formação de soluções e as mudanças do estado de agregação, como vaporização e a fusão, é denominada Termoquímica.
A termodinâmica química nos propicia o instrumento necessário para entender o que pode ou o que deve ocorrer em um processo químico. No entanto, nada e dito sobre o quanto ou sobrequão rápido um processo químico irá ocorrer.
As transformações físico-químicas são classificadas como endotérmicas acompanhadas por absorção de calor, ou exotérmicas, acompanhadas pela evolução de calor.
Um exemplo de reação exotérmica é a queima do hidrogênio.
H2 + 1/2O2 H2O ΔH = -241,750 kJ
O calor é desprendido do sistema e por tanto é escrito com sinalnegativo. Uma reação endotérmica típica seria a decomposição do vapor de água.
H2O H2 + 1/2O2 ΔH = 241,750 kJ
Como qualquer outra transferência de calor, o calor de uma reação depende das condições mantidas durante o processo na qual se realiza. Existem duas condições particulares que são importantes porque conduzem a calores dereação que são iguais a variação nas funções termodinâmicas. A primeira dessas condições é a de volume constante. Nesta condição o calor da reação medido é exatamente igual à variação de energia interna do sistema reagente. Esta condição é otimamente aproximada quando a reação é realizada numa bomba calorimétrica como a que é mostrada na Figura 1.





Figura 1. Bomba calorimétrica.
A...
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