Termodinamica

Determinação da Ordem de Reação da Decomposição de Peróxido de Hidrogênio Apresentação 1 OBJETIVO O peróxido de hidrogênio é um dos reagentes mais versáteis podendo atuar como agente oxidante e redutor O peróxido é um metabólito natural em muitos organismos que ao ser decomposto fornece oxigênio molecular O2 e água H2O Tanto na forma isolada como na forma combinada é um dos reagentes mais empregados em diversas aplicações como processos de branqueamento nas indústrias têxtil de papel e celulose no monitoramento ambiental no tratamento de efluentes na área médica etc Devido à sua instabilidade e utilização deve ser conduzido com segurança e responsabilidade de modo a evitar riscos de queimas e explosões por isso a importância em determinar a ordem de reação da decomposição do peróxido de hidrogênio O objetivo dessa prática é compreender os conceitos da cinética química além de compreender a lei da velocidade e praticar a ordem de reação Ao final deste experimento você deverá ser capaz de esclarecer como os catalisadores alteram a velocidade de reação definir a ordem dessa reação calcular o tempo de meiavida 2 ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS A ordem de uma reação química está associada às espécies que fazem parte da formação do estado de transição Ao ter o conhecimento da ordem de reação é possível acompanhar a sua cinética pela medição de concentração de reagentes ou produtos ao longo do tempo e consequentemente verificar a forma da evolução temporal dessas concentrações 3 O EXPERIMENTO Neste experimento a cinética de reação da degradação do H2O2 em água será acompanhada pela medição do reagente na reação H2O2aq H2Ol ½O2g Será monitorada a concentração de H2O2 por titulações com KMnO4 ao longo do tempo por meio de um cronômetro 4 SEGURANÇA Para a realização dessa prática devese usar jaleco luvas e óculos de proteção Adicionalmente você deverá comparecer ao laboratório vestindo calça comprida e tênis 5 CENÁRIO Na bancada estão disponíveis os seguintes materiais para a realização do experimento sete Erlenmeyers de 12mL e um de 250mL bureta de 50mL e bureta de 25mL béqueres pipetas graduadas de 10mL pipeta volumétrica de 50mL proveta de 100mL cronômetro soluções KMnO4 0008molL H2SO4 diluído 15 FeCl3 6 mm catalisador H2O2 016molL Sumário teórico DETERMINAÇÃO DE ORDEM DE REAÇÃO DA DECOMPOSIÇÃO DO PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO CINÉTICA QUÍMICA A cinética química é um ramo da físicoquímica que estuda a velocidade das reações químicas O conhecimento da cinética de uma reação permite compreender vários fatores que ocorrem em biologia geologia engenharia etc visto que é possível obter dados sobre os mecanismos dos processos químicos envolvidos Com base no mecanismo de um processo químico é possível definir a maneira mais eficaz de conduzir uma reação química já que é possível escolher os melhores parâmetros para favorecêla Para que uma reação química ocorra é necessário que ligações químicas sejam quebradas e consequentemente novas ligações químicas sejam formadas produzindo novos produtos ocorrendo dessa forma mudanças nos rearranjos dos elétrons que formam as ligações Existem diversas maneiras de como o funcionamento do mecanismo pode ocorrer se é em apenas uma etapa ou em duas ou mais etapas Medições cinéticas realizadas de forma experimental fornecem informações a respeito dos mecanismos de reação VELOCIDADE DE REAÇÃO A velocidade de reação é definida como a velocidade com as quais os reagentes são consumidos e os produtos são formados A concentração dos reagentes e dos produtos são representadas por concentração molar molL1 logo a velocidade de reação v é definida como a concentração em que uma substância é consumida ou produzida por unidade de tempo podendo ser representada por v dreagentedt Ao analisar a velocidade em função do reagente conforme este vai sendo consumido a velocidade diminui com o tempo e pode ser representada experimentalmente e graficamente por reagente versus tempo A velocidade a qualquer instante de tempo é a tangente de uma curva Observando a concentração dos reagentes em função da velocidade é possível calcular a constante k e determinar a ordem da reação TEMPO DE MEIAVIDA O tempo de meiavida é definido como o tempo que leva para metade da quantidade inicial de um reagente ser consumido No entanto em reações muito lentas tentar obter esse valor experimentalmente é muito moroso logo são utilizados os catalisadores O comportamento cinético é analisado primeiramente determinando como a velocidade da reação é influenciada pela concentração dos reagentes pela temperatura e em casos de reagentes gasosos pela pressão Como mencionado anteriormente a velocidade de reação é proporcional à concentração dos reagentes Suponha o exemplo a seguir A2 2BC B2 2AC Cuja velocidade da reação seja dada por v kA2BC É possível dizer que a reação é considerada de segunda ordem é de primeira ordem em A e de primeira ordem em BC Notase que nem sempre a cinética de reação vai corresponder aos coeficientes que balanceiam a reação química Convém mencionar que reações em equilíbrio podem apresentar velocidades de reações cuja ordem de reação no sentido direto nem sempre coincide com a ordem de reação da velocidade de reações no inverso Esses fatores ocorrem porque os mecanismos de reações são diferentes podendo ocorrer em uma ou mais etapas as quais têm velocidades diferentes sendo responsáveis por determinar a velocidade global de uma reação A temperatura também pode influenciar no mecanismo das reações os químicos vant Hoff e Arrhenius criaram uma equação Equação de Arrhenius demonstrando a dependência da constante de velocidade k em relação à temperatura em Kelvin k AeEaRT Onde R é a constante geral dos gases R 8314JKmol k é a constante de velocidade da reação Ea é a energia de ativação da reação T é a temperatura em K Kelvin e é a base dos logaritmos neperianos ou naturais e 2718 e A é frequência de colisões que acontecem com a geometria correta O fator eEaRT pode ser interpretado como a fração de moléculas que apresentam o mínimo da energia necessária para reagir e o seu valor é sempre menor do que 1 o valor 1 representa 100 das moléculas Pela equação de Arrhenius é possível observar que se a energia de ativação Ea é elevada a constante de velocidade será pequena ou seja a reação é lenta e a constante de velocidade k aumenta com a temperatura REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ATKINS P PAULA J Físicoquímica Rio de Janeiro LTC 2017 v 1 ATKINS P PAULA J Físicoquímica Rio de Janeiro LTC 2017 v 2 LEVINE I N Físicoquímica 6 ed Rio de Janeiro LTC 2012 v 1 LEVINE I N Físicoquímica 6 ed Rio de Janeiro LTC 2012 v 2 LIMA J F L et al Contextualização no ensino de cinética química Química Nova na Escola n 11 p 2629 2000 MATTOS I L et al Peróxido de hidrogênio importância e determinação Química Nova na Escola v 6 n 3 p 373380 2003 MELLO L C CASTRO E R JERMOLOVICIUS L A Metodologia experimental para reações gáslíquido Química Nova na Escola v 39 n 5 p 627633 2016 Roteiro algetec INSTRUÇÕES GERAIS 1 Neste experimento você irá estudar a cinética da reação de decomposição do peróxido de hidrogênio 2 Utilize a seção Recomendações de Acesso para melhor aproveitamento da experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do Laboratório Virtual 3 Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual utilize o Tutorial presente neste Roteiro 4 Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual você encontrará as instruções para realização desta prática na subseção Procedimentos 5 Ao finalizar o experimento responda aos questionamentos da seção Avaliação dos Resultados RECOMENDAÇÕES DE ACESSO DICAS DE DESEMPENHO Para otimizar a sua experiência no acesso aos laboratórios virtuais siga as seguintes dicas de desempenho Feche outros aplicativos e abas Certifiquese de fechar quaisquer outros aplicativos ou abas que possam estar consumindo recursos do seu computador garantindo um desempenho mais eficiente Navegador Mozilla Firefox Recomendamos o uso do navegador Mozilla Firefox conhecido por seu baixo consumo de recursos em comparação a outros navegadores proporcionando uma navegação mais fluida Aceleração de hardware Experimente habilitar ou desabilitar a aceleração de hardware no seu navegador para otimizar o desempenho durante o acesso aos laboratórios virtuais Requisitos mínimos do sistema Certifiquese de que seu computador atenda aos requisitos mínimos para acessar os laboratórios virtuais Essa informação está disponível em nossa Central de Suporte Monitoramento do sistema Utilize o Gerenciador de Tarefas Ctrl Shift Esc para verificar o uso do disco memória e CPU Se estiverem em 100 considere fechar outros aplicativos ou reiniciar a máquina para otimizar o desempenho Teste de velocidade de internet Antes de acessar realize um teste de velocidade de internet para garantir uma conexão estável e rápida durante o uso dos laboratórios virtuais Atualizações do navegador e sistema operacional Mantenha seu navegador e sistema operacional atualizados para garantir compatibilidade e segurança durante o acesso aos laboratórios PRECISA DE AJUDA Em caso de dúvidas ou dificuldades técnicas visite nossa Central de Suporte para encontrar artigos de ajuda e informações para usuários Acesse a Central de Suporte através do link httpssuportevirtualalgeteccombr Se preferir utilize os QR Codes abaixo para entrar em contato via WhatsApp ou ser direcionado para a Central de Suporte Estamos aqui para ajudar Conte conosco DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO MATERIAIS NECESSÁRIOS Ácido sulfúrico H2SO4 Bastão de vidro Béquer 50 mL Bureta 50 mL Cloreto de ferro III FeCl3 Erlenmeyer 250 mL Erlenmeyers 125 mL Funil simples Permanganato de potássio KMnO4 00008 molL Peróxido de hidrogênio H2O2 Pipeta volumétrica 5 mL Pipetas graduadas 10 mL Proveta 100 mL PROCEDIMENTOS 1 SEGURANÇA DO EXPERIMENTO Lave as mãos na Pia Visualize os EPIs selecionados para este experimento Nesse experimento é obrigatório o uso de jaleco e luvas 2 PREPARANDO AS SOLUÇÕES Adicione ácido sulfúrico no béquer de 50 mL Utilize a pipeta volumétrica e pipete 5 mL do ácido sulfúrico Transfira o conteúdo para o Erlenmeyer de 125 mL Repita os últimos passos adicionando 5 mL de ácido sulfúrico nos outros 6 Erlenmeyes de 125 mL Realize a limpeza das vidrarias utilizadas Adicione 100 mL de peróxido de hidrogênio na proveta Transfira o conteúdo para o Erlenmeyer de 250 mL Adicione cloreto de ferro III no béquer de 50 mL Utilize a pipeta volumétrica e pipete 5 mL do cloreto de ferro III Transfira o conteúdo para o Erlenmeyer de 250 mL e homogeneíze por 6 minutos realizando movimentos circulares 3 REALIZANDO A TITULAÇÃO Utilize a pipeta volumétrica e pipete 5 mL do conteúdo do Erlenmeyer de 250 mL Transfira o conteúdo para o Erlenmeyer 1 de 125 mL e homogeneíze realizando movimentos circulares rápidos Repita os últimos passos adicionando 5 mL do conteúdo do Erlenmeyer de 250 mL nos outros 6 Erlenmeyes de 125 mL Com o auxílio do funil despeje 50 mL de permanganato de potássio na bureta Posicione o Erlenmeyer 1 de 125 mL embaixo da bureta e abra a torneira lentamente por 30 segundos Repita os últimos passos realizando a titulação nos outros 6 Erlenmeyers 4 AVALIANDO OS RESULTADOS Siga para a seção Avaliação dos Resultados e responda de acordo com o que foi observado nos experimentos associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS 1 Como pode ser representada a equação da reação de decomposição de peróxido de hidrogênio 2 Quais são as características do peróxido de hidrogênio TUTORIAL 1 SEGURANÇA DO EXPERIMENTO Inicie o experimento clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o botão Começar Química Determinação de Ordem de Reação da Decomposição de Peróxido de Hidrogênio Começar algetec v1700 Visualize a pia clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera Pia localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela FRASCO ÂMBAR Frasco âmbar contendo Peróxido de Hidrogênio MOVER DESPEJAR Lave as mãos clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a pia Visualização Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia LAVAR AS MÃOS Visualize o Armário de EPIs clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera Armário de EPIs Visualização Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia Abra o armário de EPIs clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele Selecione os EPIs necessários para a realização do ensaio clicando com o botão esquerdo do mouse sobre eles Nesse experimento é obrigatório o uso de jaleco e as luvas Visualize a Bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera Visão Geral 2 PREPARANDO AS SOLUÇÕES Mova a haste de vidro clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Mover para o béquer Selecione o frasco de Ácido Sulfúrico clicando com o o botão direito do mouse sobre ele e selecione a opção Béquer 50 mL Despeje o Ácido Sulfúrico clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele Segure o botão para continuar despejando Devuelva o Ácido Sulfúrico para a bancada clicando com o botão direito do mouse sobre ele e selecione a opção Devolver à bancada Selecione a haste de vidro clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Limpar Visualização Mover para o béquer Mover para a proveta Mover para a bancada Limpar Selecione a micropipeta clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Mover Visualização Mover Despejar conteúdo Trocar ponteira Béquer Erlenmeyers 125mL Erlenmeyer 250mL Devolver ao suporte Succione o conteúdo do béquer clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a micropipeta Mova a micropipeta clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a micropipeta e selecione a opção Mover Visualização Mover Despejar conteúdo Trocar ponteira Béquer Erlenmeyers 125mL Erlenmeyer 250mL Devolver ao suporte Acesse o Erlenmeyer clicando com o botão esquerdo do mouse na opção Erlenmeyers 125mL Mova a micropipeta para o Erlenmeyer 1 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a micropipeta e selecione a opção Erlenmeyer 1 Despeje o Ácido Sulfúrico no Erlenmeyer clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a opção Despejar conteúdo Devolva a micropipeta ao Béquer clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela e selecione as opções Mover e Béquer Repita os procedimentos anteriores para os Erlenmeyers 2 3 4 5 6 e 7 Limpe a haste de vidro clicando com o botão direito do mouse sobre ele e selecione a opção Limpar Mova a haste de vidro para a proveta clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele e selecione a opção Mover para a proveta Mova o frasco de Peróxido de Hidrogênio para a proveta clicando com o botão direito do mouse sobre ele e selecione a opção Proveta 100 mL Proveta 100 mL Devolver à bancada FRASCO ÁMBAR Frasco âmbar contendo Peróxido de Hidrogênio Visualize a Proveta clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera Proveta Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia Despeje o peróxido de hidrogênio clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele Segure o botão para continuar despejando Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia FRASCO ÁMBAR Frasco âmbar contendo Peróxido de Hidrogênio MOVER DESPEJAR Guarde o frasco clicando com o botão direito do mouse sobre ele e selecione a opção Devolver à bancada Proveta 100 mL Devolver à bancada Mova a haste de vidro para a bancada clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Mover para a bancada Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia Mover para o béquer Mover para a proveta Mover para a bancada Limpar FRASCO ÁMBAR Frasco âmbar contendo Peróxido de Hidrogênio Mova a proveta clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Transferir para Erlenmeyer Transferir para Erlenmeyer PROVETA Instrumento quase cilíndrico de medida para líquidos Possui uma escala de volumes razoavelmente rigorosa Mova a haste de vidro clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Mover para o béquer Mova o frasco de Cloreto de Ferro clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele e selecione a opção Béquer 50 mL Despeje o cloreto de ferro no béquer clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele Segure o botão para continuar despejando Devolva o frasco à bancada clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele e selecione a opção Devolver à bancada Mova a micropipeta para o béquer clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Mover e depois Béquer Succione o cloreto de ferro clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a micropipeta Visualização Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia MICROPIPETA Equipamento de laboratório utilizado na manipulação e transferência de líquido OPÇÕES SUCCIONAR Mova a micropipeta para o Erlenmeyer de 250 mL clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione as opções Mover e Erlenmeyer 250 mL Visualização Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia Béquer Erlenmeyers 125mL Erlenmeyer 250mL Devolver ao suporte Transfira o conteúdo da micropipeta clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Despejar conteúdo Visualização Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia Mover Despejar conteúdo Trocar ponteira Guarde a micropipeta clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Mover e Devolver ao suporte Visualização Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia Béquer Erlenmeyers 125mL Erlenmeyer 250mL Devolver ao suporte Homogeinize a solução clicando com o botão direito do mouse sobre o béquer e selecione a opção Homogeneizar Visualização Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia Homogeneizar Mover para a bureta Devolver para a bancada Visualize a Bureta clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera Bureta Visualização Visão Geral Proveta Erlenmeyers Bureta Armário EPIs Pia Despeje o Permaganato de Potássio na bureta clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele Mova o Erlenmeyer 1 para a bureta clicando com o botão direito do mouse sobre ele e selecione a opção Mover para a bureta Abra a torneira da bureta clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela Devolva o Erlenmeyer para a bancada clicando com o botão direito do mouse sobre ele e selecione a opção Devolver para a bancada Repita os procedimentos anteriores para os Erlenmeyers 2 3 4 5 6 e 7 4 AVALIANDO OS RESULTADOS Siga para a seção Avaliação dos Resultados e responda de acordo com o que foi observado nos experimentos associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema Pré Teste 1 O tempo de meiavida t12 é definido como o tempo necessário para que metade do reagente tenha sido consumido ou desaparecido Para reações de primeira ordem o tempo de meiavida é dado por t12 0693k onde k é a constante de velocidade da reação Na tabela a seguir são fornecidos os dados de dois experimentos com concentrações de N2O5 e suas respectivas da velocidades da reação 2 N2O5g 4 NO2g O2g A reação de decomposição de N2O5 é tida como de primeira ordem e sua velocidade pode ser descrita como v k N2O5 logo a constante de meiavida poderá ser dada como A t12 385 segundos B t12 2400 segundos C t12 385 minutos 2 Dada a reação A produtos Constatouse que ao diminuir o valor A na metade do seu valor inicial não houve mais variação da velocidade da reação Com base nessas informações é possível afirmar que A tratase de uma reação de ordem 0 B tratase de uma reação de ordem 1 C tratase de uma reação de ordem 2 3 Dada a reação de primeira ordem para o reagente A e de segunda ordem para o reagente B v kAB2 são apresentadas duas diferentes condições I e II em que há variações da velocidade da reação Analise as alternativas a assinale a resposta correta I Aumentar 3 vezes a concentração do reagente B II Aumentar 2 vezes as concentrações dos reagentes A e B A Em I a velocidade será aumentada 9 vezes e em II a velocidade será aumentada em 8 vezes B Em I a velocidade será aumentada 6 vezes e em II a velocidade será aumentada em 8 vezes C Em I a velocidade será aumentada 3 vezes e em II a velocidade será aumentada em 4 vezes 4 A velocidade de reação química pode ser definida como a análise da variação da concentração dos reagentes ou pela formação de produtos em um dado intervalo de tempo As unidades que representam a velocidade de reação v são A L mol1 s1 B L2 mol2 s1 C mol L1 s1 5 Sabese que a reação A 2B produtos presenta lei da velocidade v kAB2 Analise as alternativas propostas e assinale a que demonstre a resposta que representa o aumento da nova velocidade ao manter a concentração de A constante e triplicar a concentração de B A 9 B 3 C 6 Experimento Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino Pós Teste 1 Na prática realizada foi utilizado cloreto férrico FeClcomo catalisador da reação de decomposição de peróxido de hidrogênio H2O2 Alguns fatores podem interferir na velocidade de uma reação química e os catalisadores estão entre esses fatores Analise as alternativas a seguir e assinale a que mostra como os catalisadores agem para acelerar a velocidade da reação química A O catalisador é uma substância que proporciona um novo conjunto de reações elementares para uma reação química que apresentam energia de ativação inferior à energia de ativação do processo não catalisado B Os catalisadores são substâncias que auxiliam na fragmentação dos reagentes aumentando a superfície de contato e consequentemente ampliando a velocidade da reação C Os catalisadores são reagentes que liberam energia no meio reacional aumentando a temperatura e consequentemente ampliando a velocidade da reação 2 Existem alguns fatores que são capazes de influenciar na velocidade de reação Com base nisso analise as afirmativas a seguir e assinale a correta A Ao aumentar a temperatura do meio reacional da reação de decomposição de peróxido de hidrogênio haverá um aumento da velocidade da reação de decomposição e do tempo de meiavida B Ao aumentar a temperatura do meio reacional da reação de decomposição de peróxido de hidrogênio haverá um aumento da velocidade da reação de decomposição e diminuição do tempo de meiavida C Ao aumentar a temperatura do meio reacional da reação de decomposição de peróxido de hidrogênio haverá uma diminuição da velocidade da reação de decomposição e diminuição do tempo de meiavida 3 Experimentalmente é possível obter a velocidade de uma reação química a partir da medida de dois fatores Analise as alternativas a seguir e assinale a correta A Concentração em função da constante de velocidade B Concentração em função da temperatura C Concentração em função do tempo 4 Quatro são os fatores que afetam a velocidade de uma reação química Assinale a alternativa que contém um fator que não altera a velocidade da reação A Concentração dos reagentes B Catalisador C Constante de velocidade 5 A reação 2A B 2C apresenta a velocidade de reação v k A B A seguir foram feitas três afirmativas a respeito dessa equação Avalie se são falsas ou verdadeiras e assinale a alternativa que corresponda à resposta e à justificativa correta I O valor de k independente das concentrações iniciais A0 e B0 II A unidade da constante de velocidade para essa reação pode ser expressa como s1 ou min1 III Pela equação da velocidade de reação concluise que a reação é de segunda ordem A As afirmativas I e II são falsas B Apenas a afirmativa II é falsa C As afirmativas II e III são falsas Determinação da Pressão de Vapor e da Entalpia de Vaporização Apresentação 1 OBJETIVO Determinar experimentalmente os valores de pressão de vapor e a entalpia de vaporização para a água em diferentes temperaturas Também será parte integrante da atividade a montagem e ajustes dos equipamentos e instrumentos necessários para a realização do experimento Ao final deste experimento você deverá ser capaz de reconhecer a relação entre temperatura de um líquido e sua pressão de vapor prever com dados experimentais qual o comportamento do vapor de um líquido aquecido estimar de modo teórico a pressão de vapor de uma substância 2 ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS É importante saber o comportamento do vapor gerado por um líquido para as mais diversas áreas da química por exemplo na destilação de bebidas alcoólicas no dimensionamento de reservatórios contendo líquidos voláteis tanques com gases liquefeitos sobre pressão refrigerantes gaseificados e todas as demais situações em que um líquido é ou está confinado 3 O EXPERIMENTO Os equipamentos necessários para a realização desta prática são um condensador adaptado banho termostático termômetro e barômetro Dessa forma será possível determinar os valores da pressão de vapor e da entalpia de vaporização para a água em diferentes temperaturas 4 SEGURANÇA Para esta prática laboratorial assim como as demais devem ser utilizados jaleco e óculos de segurança Nessa estes itens são mais essenciais ainda pois trabalharemos com vidrarias que 5 CENÁRIO O ambiente desse experimento apresenta um banho térmico sobre a bancada de trabalho com os demais equipamentos e instrumentos assim como os reagentes necessários Você deverá realizar as medidas de altura na coluna do destilador seguindo as instruções do roteiro Bons estudos Sumário teórico DETERMINAÇÃO DA PRESSÃO DE VAPOR E DA ENTALPIA DE VAPORIZAÇÃO A pressão exercida pelo vapor de uma substância em equilíbrio termodinâmico com uma das suas fases condensadas sólida ou líquida é chamada de pressão de vapor Vapor é um gás com potencial para ser condensado por aumento de pressão Por equilíbrio devese entender que a velocidade com que as moléculas deixam a fase é a mesma com que se condensação logo o número de moléculas da fase condensada sólida ou líquida que abandonam esta fase é igual a o número de moléculas que condensam ao chocar com a superfície da fase condensada conforme Figura 1 Figura 1 Equilíbrio em que a velocidade das moléculas que saem do líquido para o gás é equivalente à das moléculas que se agregam ao líquido vindas da fase gasosa Este equilíbrio é dependente de variáveis termodinâmicas como pressão e temperatura Podese construir um gráfico que apresente a dependência da transição de fase com a pressão e temperatura este gráfico recebe o nome de diagrama de fase apresentado na Figura 2 a seguir Figura 2 Diagrama de fase da água apresentando os estados sólido geloice líquido águawater e gasoso gásgas Tendo em vista que a temperatura é uma medida que se associa diretamente à medida da energia cinética média das moléculas de uma substância então um líquido com maior temperatura tem moléculas com maior velocidade do que o mesmo em menor temperatura assim o ponto de equilíbrio do vapor deve ser obtido com uma maior quantidade de moléculas na fase gasosa2 Conforme é descrito na equação do gás ideal Equação 1 com o aumento da quantidade de moléculas também há um aumento da pressão P V n R T 1 Outro ponto que deve ser considerado quando se pensa na pressão de vapor de um líquido é a interação entre as moléculas de constituem esse líquido as forças intermoleculares também chamadas de interações intermoleculares ou ainda forças de Van der Waals Elas são um conjunto de interações atrativas que ocorrem entre as moléculas quanto mais intensa essa interação mais unidas estão as moléculas e portanto menor deve ser a pressão de vapor Assim um líquido com fracas interações como o metano deve ter uma pressão de vapor muito mais alta que a água que possui interações mais fortes Essas considerações nos levam a equação de ClausiusClapeyron A aplicação da equação de ClausiusClapeyron constituise a essência do método cujas formas diferenciais e integradas serão desenvolvidas a seguir Comparando as propriedades dos líquidos quanto maior a energia de coesão do líquido maior será o calor necessário Qvap para realizar a sua evaporação e por consequência menor será a sua pressão de vapor Se o calor é fornecido na condição de pressão constante então estamos referindo ao conceito de entalpia de evaporação Q vap ΔH vap A condição necessária do equilíbrio é que os potenciais químicos das fases presentes sejam iguais Quando existem duas fases presentes a condição em que o líquido puro está em equilíbrio com seu vapor é descrita pela seguinte equação µ líquido µ vapor Para o equilíbrio entre uma fase condensada líquido e a fase de seu vapor aplicase a Equação 2 d p d t Δ s Δ v Δ vap H TV mgas V mliq 2 Onde o Δ vapH é o calor de vaporização por mol do líquido e V mgas e V mliq são os volumes ocupados por um mol Na maioria dos casos V mgas V mliq V mgas e admitindo o comportamento do gás ideal PV nRT a Equação 2 se transforma em d lnp d T ΔH RT² 3 conhecida por equação de ClausiusClapeyron que também pode ser escrita na forma d lnp d 1 T ΔH R 4 Ou seja ln p p⁰ ΔH R 1 T c 5 Nas condições deste experimento a pressão do local de trabalho p atm se iguala à pressão da mistura do gás retida no condensador soma das pressões parciais de ar mais vapor de água mais a ação da pressão devido à altura da coluna de água p atm ρg Δ h A r p v 6 A quantidade de ar em mol pode ser determinada numa temperatura onde a pressão de vapor da água é muito baixa 0 C e desprezível através do seguinte cálculo p ar p atm ρg Δ h liq 7 n ar p ar V ar RT onde V ar πr² Δ h gás a 0 C 8 Como a quantidade de ar n ar permanecerá constante durante todo o experimento será possível calcular p v nas demais temperaturas do experimento p v p atm p ar ρg Δ h liq onde p ar nRT V ar nRT πr² Δ h gás 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Monte MJ 2018 Pressão de vapor Rev Ciência Elem V6 3 053 Herch Moysés Nussenzveig 1996 Curso de Física Básica Fluidos Oscilações e Ondas Calor 2 3ª ed Sl Edgard Blücher ISBN 8521200455 Tipler Paul A 2000 Física para cientistas e engenheiros RJ LTC Química estrutura e dinâmica v 1 James N Spencer George M Bodner Lyman H Rickard Tradução Edilson Clemente da Silva Oswaldo Esteves Barcia Rio de janeiro LTC 2007 2v Sá Eduardo L 2017 Curso físicoquímica experimental i e termodinâmica e eletroquímica experimental Notas de aula Universidade Federal Do Paraná Roteiro algetec INSTRUÇÕES GERAIS 1 Nesta prática você determinará a pressão de vapor da água e da entalpia de vaporização 2 Utilize a seção Recomendações de Acesso para melhor aproveitamento da experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do Laboratório Virtual 3 Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual utilize o Tutorial presente neste Roteiro 4 Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual você encontrará as instruções para realização desta prática na subseção Procedimentos 5 Ao finalizar o experimento responda aos questionamentos da seção Avaliação dos Resultados RECOMENDAÇÕES DE ACESSO DICAS DE DESEMPENHO Para otimizar a sua experiência no acesso aos laboratórios virtuais siga as seguintes dicas de desempenho Feche outros aplicativos e abas Certifiquese de fechar quaisquer outros aplicativos ou abas que possam estar consumindo recursos do seu computador garantindo um desempenho mais eficiente Navegador Mozilla Firefox Recomendamos o uso do navegador Mozilla Firefox conhecido por seu baixo consumo de recursos em comparação a outros navegadores proporcionando uma navegação mais fluida Aceleração de hardware Experimente habilitar ou desabilitar a aceleração de hardware no seu navegador para otimizar o desempenho durante o acesso aos laboratórios virtuais Requisitos mínimos do sistema Certifiquese de que seu computador atenda aos requisitos mínimos para acessar os laboratórios virtuais Essa informação está disponível em nossa Central de Suporte Monitoramento do sistema Utilize o Gerenciador de Tarefas Ctrl Shift Esc para verificar o uso do disco memória e CPU Se estiverem em 100 considere fechar outros aplicativos ou reiniciar a máquina para otimizar o desempenho Teste de velocidade de internet Antes de acessar realize um teste de velocidade de internet para garantir uma conexão estável e rápida durante o uso dos laboratórios virtuais Atualizações do navegador e sistema operacional Mantenha seu navegador e sistema operacional atualizados para garantir compatibilidade e segurança durante o acesso aos laboratórios PRECISA DE AJUDA Em caso de dúvidas ou dificuldades técnicas visite nossa Central de Suporte para encontrar artigos de ajuda e informações para usuários Acesse a Central de Suporte através do link httpssuportevirtualalgeteccombr Se preferir utilize os QR Codes abaixo para entrar em contato via WhatsApp ou ser direcionado para a Central de Suporte Estamos aqui para ajudar Conte conosco DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO MATERIAIS NECESSÁRIOS Água destilada Banho termostático Barômetro Béquer de 100 mL Condensador adaptado Gelo Gral Jaleco Luvas Máscara Óculos de proteção Régua Termômetro PROCEDIMENTOS SEGURANÇA DO EXPERIMENTO Coloque os equipamentos de proteção individual localizados no Armário de EPIs Nesse experimento é obrigatório o uso de jaleco óculos máscara e as luvas PREENCHENDO O BÉQUER E O CONDENSADOR Preencha o béquer e o condensador adaptado com água destilada Em seguida conecte ao banho termostático AGUARDANDO O RESFRIAMENTO Inicialmente adicione gelo ao banho termostático Logo depois espere que a temperatura do interior do equipamento atinja 0 c Se preferir esse tempo pode ser reduzido Posteriormente abra a torneira POSICIONANDO A RÉGUA GRADUADA Posicione a régua graduada próximo ao condensador de forma que seja possível visualizar o nível da água dentro do condensador e altura marcada na régua OBSERVANDO O RESULTADO DO PROCEDIMENTO Aqueça o conteúdo do banho termostático e observe a variação do volume do condensador adaptado à medida em que a temperatura aumenta Faça a coleta de dados necessária de acordo com a tabela 1 da avaliação dos resultados Por fim verifique a pressão atmosférica usando o barômetro digital AVALIANDO OS RESULTADOS Siga para a seção avaliação dos resultados e responda de acordo com o que foi observado no experimento associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS 1 Realize a coleta de dados da altura do líquido Δh líq e altura do gás Δh gás para cada uma das temperaturas da tabela 1 Preencha a coluna 2 com as temperaturas em Kelvin Tabela 1 Dados experimentais 2 Sabendo que o diâmetro interno do condensador adaptado é de 9 mm utilize a equação 8 do sumário teórico V ar πr 2 Δh gás para calcular o volume do gás V ar para cada uma das temperaturas da tabela 1 Preencha a tabela 1 com os resultados encontrados 3 Utilize a equação 7 do sumário teórico p ar p atm ρgΔh gás para encontrar o valor de par em pascal para a temperatura de 0 C Converta e utilize o valor da pressão ambiente p atm observada no barômetro para Pascal e considere a densidade da água como 9998 kgm ³ em seu cálculo Preencha a tabela 1 com o resultado encontrado 4 Calcule a quantidade de ar n ar que permanece constante durante todo o experimento pela equação 8 do sumário teórico n ar p ar V ar RT utilizando o valor de par encontrado na questão anterior 5 Sabendo o valor da quantidade de ar do sistema calcule os valores de par nas temperaturas diferentes de 0 C pela equação 9 do sumário teórico p ar n ar RTV ar Preencha a tabela 1 com os resultados encontrados 6 Faça os cálculos da pressão de vapor utilizando a equação 9 do sumário teórico p v p atm p ar ρgΔh líq Preencha a tabela 1 com os resultados encontrados Utilize a densidade do líquido exibida na tabela 2 para cada temperatura da tabela 1 Tabela 2 Densidade da água em diferentes temperaturas 7 Preencha as colunas 8 e 9 da tabela utilizando os valores encontrados anteriormente Trace um gráfico com os valores de lnp v em função de T ¹ e encontre a equação da reta deste gráfico 8 Compare a equação da reta encontrada na questão 7 com a seguinte equação Determine o valor da entalpia de vaporização experimental ΔH v 9 Utilize a equação da reta encontrada na questão 7 para determinar o valor da pressão de vapor à 25 C 10 Quais as possíveis fontes de erro deste experimento que podem causar discrepância entre os valores encontrados experimentalmente da entalpia de vaporização e da pressão de vapor em relação aos valores encontrados na literatura TUTORIAL VIRTUALAB SEGURANÇA DO EXPERIMENTO Inicie o experimento clicando com o botão esquerdo do mouse em Começar Visualize o armário de EPIs clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Armário de EPIs localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela Se preferir também pode ser utilizado o atalho do teclado Alt6 Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs Abra o armário de EPIs clicando com o botão esquerdo do mouse sobre as portas Selecione os EPIs necessários para a realização do ensaio clicando com o botão esquerdo do mouse sobre eles Nesse experimento é obrigatório o uso de jaleco óculos máscara e as luvas Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs Feche as portas do armário de EPIs clicando com o botão esquerdo do mouse sobre elas PREENCHENDO O BÉQUER E O CONDENSADOR Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Bancada ou através do atalho do teclado Alt1 Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs Mova o condensador adaptado clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele Posicione a pisseta contendo água destilada no condensador adaptado clicando com o botão direito do mouse sobre ela Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs pisseta com água destilada Frasco de plástico com uma cânula curva contendo água destilada Colocar no béquer Colocar no condensador Preencha o condensador com água destilada 34 do volume total clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a pisseta Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs pisseta com água destilada Frasco de plástico com uma cânula curva contendo água destilada Derramar Colocar na bancada Retorne a pisseta para a bancada clicando com o botão direito do mouse sobre ela Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs pisseta com água destilada Frasco de plástico com uma cânula curva contendo água destilada Derramar Colocar na bancada Posicione a pisseta no béquer clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs pisseta com água destilada Frasco de plástico com uma cânula curva contendo água destilada Colocar no béquer Colocar no condensador Preencha o béquer com água destilada clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a pisseta Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs pisseta com água destilada Frasco de plástico com uma cânula curva contendo água destilada Derramar Colocar na bancada Retorne a pisseta para a bancada clicando com o botão direito do mouse sobre ela Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs pisseta com água destilada Frasco de plástico com uma cânula curva contendo água destilada Derramar Colocar na bancada Posicione o condensador adaptado ao banho termostático clicando com o botão esquerdo do mouse no condensador Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs mover para banho termostático aguardando o resfriamento Despeje o gelo clicando com o botão esquerdo do mouse no gral indicado Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs graal contendo gelo utensílio laboratorial utilizado para trituração de sólidos despejar gelo Visualize a temperatura clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Controle ou através do atalho do teclado Alt3 Observe que à medida que o tempo passa a temperatura diminui Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs controle A temperatura deve atingir 0 C para que o procedimento seja iniciado Você pode reduzir esse tempo de espera clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o painel de controle Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs avançar tempo de resfriamento Visualize a torneira clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Banho termostático ou através do atalho do teclado Alt2 Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs banho termostático Em seguida abra a torneira clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela Visualização Bancada Banho termostático Controle Condensador Barômetro Armário de EPIs abrir posicionando a régua graduada Visualize a régua clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Bancada ou através do atalho do teclado Alt1 Público TERMODINÂMICA Roteiro Aula Prática 2 Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA NOME DA DISCIPLINA TERMODINÂMICA Unidade U1INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula A1 CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES EM TERMODINÂMICA Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática A temperatura é uma grandeza que representa a medida do grau de agitação térmica das moléculas de um corpo e sua medição precisa é fundamental em diversas aplicações científicas e industriais Esta prática tem por objetivo que você aprenda a estabelecer a relação entre um termômetro a álcool e um termoscópio utilizar diferentes escalas termométricas e aplicar esses conceitos na calibração de termômetros Além disso você será capaz de coletar e interpretar dados experimentais construir gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida e entender a importância dessas medições em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade Atividade proposta Determinação da Equação Termométrica Procedimentos para a realização da atividade 3 Público Segurança do Experimento Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Marcando a Altura da Coluna Líquida I Coloque o termoscópio na posição vertical com o bulbo para baixo ao lado da régua Marque com a caneta a altura da coluna líquida Anote a altura 𝒉𝟏 na Tabela 1 Medindo a Altura 𝒉𝟐 Use a régua milimétrica para medir a altura 𝒉𝟐 da parte superior do bulbo até a primeira marcação Anote o valor na Tabela 1 para o estado térmico ambiente Medindo a Temperatura Ambiente Utilize o termômetro a álcool para medir a temperatura ambiente Anote o valor na Tabela 1 Use o altímetro para encontrar a altitude do ambiente e anote Marcando a Altura da Coluna Líquida II Insira o bulbo do termoscópio no banho de gelo e aguarde até que a coluna líquida estabilize equilíbrio térmico Retire o termoscópio e marque a altura da coluna líquida com a caneta Meça a altura 𝒉𝟏 da segunda marcação e anote na Tabela 1 para o ponto do gelo Marcando a Altura da Coluna Líquida III Mantenha o bulbo do termoscópio no vapor da água em ebulição até atingir o equilíbrio térmico Retire o termoscópio do vapor e marque a altura da coluna líquida Meça a altura 𝒉𝟑 da terceira marcação e anote na Tabela 1 para o ponto do vapor Medindo a Temperatura do Ponto do Vapor Utilize o termômetro a álcool para medir a temperatura do ponto do vapor Anote o valor na Tabela 1 Analisando os Resultados Complete a Tabela 1 com os dados obtidos Verifique se as marcas feitas coincidem com as marcas de fábrica do termoscópio Construa um gráfico da altura h em função da temperatura C utilizando o Teorema de Tales Determine o coeficiente linear e angular da equação que representa essa relação Ferva a água sem atingir a ebulição insira o termoscópio na água marque e meça a altura da coluna 4 Público Utilize a equação obtida para calcular a temperatura da água e compare com a medida do termômetro a álcool identificando possíveis discrepâncias Dados experimentais Checklist Preparação Inicial Acessar o Laboratório Virtual VirtuaLab Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Altura da Coluna Líquida I Colocar termoscópio na vertical Marcar altura da coluna líquida Medir Altura 𝒉𝟐 Medir altura 𝒉𝟐 com régua Anotar valor na Tabela 1 Temperatura Ambiente Medir temperatura ambiente Anotar valor na Tabela 1 Medir altitude com altímetro Altura da Coluna Líquida II Colocar termoscópio no banho de gelo Marcar altura da coluna líquida Medir altura 𝒉𝟏 e anotar na Tabela 1 Temperatura do Ponto do Gelo Medir temperatura do ponto do gelo Anotar valor na Tabela 1 Despejar Água no Béquer Adicionar 50 mL de água ao béquer Aquecer até ebulição Altura da Coluna Líquida III Colocar termoscópio no vapor 5 Público Marcar altura da coluna líquida Medir altura 𝒉𝟑 e anotar na Tabela 1 Temperatura do Ponto do Vapor Medir temperatura do ponto do vapor Anotar valor na Tabela 1 Avaliação dos Resultados Completar Tabela 1 Verificar marcas feitas com marcas de fábrica Construir gráfico h x T Determinar coeficientes linear e angular Fervura parcial da água marcar altura calcular temperatura e comparar com termômetro a álcool RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da prática você deverá compreender os conceitos de equação termométrica e a relação entre diferentes escalas de temperatura Você será capaz de executar procedimentos experimentais no simulador realizando medições precisas coletando e registrando dados e analisando esses dados para construir gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida Além disso aprenderá a aplicar esses conceitos na calibração de termômetros identificar possíveis fontes de erro e discutir a precisão dos resultados A prática também reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da equação termométrica O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância da equação termométrica na calibração de termômetros e em processos industriais Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como termoscópio termômetro a álcool régua milimétrica e banho de gelo e descreva os procedimentos realizados desde a marcação da altura da coluna líquida até a medição das temperaturas nos diferentes pontos Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo as alturas das colunas líquidas e as temperaturas medidas Na discussão analise os resultados obtidos construindo gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma 6 Público síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Por que é importante marcar a altura da coluna líquida do termoscópio em diferentes pontos de temperatura 2 Explique a razão para usar o banho de gelo no experimento 3 Como a medição da altura da coluna líquida pode influenciar nos resultados do experimento 4 Qual é a fórmula utilizada para determinar a relação entre a altura da coluna líquida e a temperatura e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a diferença entre as temperaturas medidas pelo termômetro a álcool e pela equação obtida Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 Unidade U1INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula A2 OBTENÇÃO DAS PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática A pressão de vapor indica o comportamento do líquido em diferentes temperaturas e a entalpia de vaporização quantifica a energia necessária para transformar o líquido em vapor ambos são fundamentias para aplicações industriais como destilação e refrigeração Esta pratica simulada tem por objeitvo que os alunos aprendam a executar procedimentos experimentais coletar e interpretar dados calcular a pressão de vapor e a entalpia de vaporização e compreender a importância dessas medições em contextos reais de engenharia 7 Público SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade Atividade proposta Determinação da Pressão de Vapor e da Entalpia de Vaporização da Água Procedimentos para a realização da atividade Segurança do Experimento No ambiente virtual o aluno deve equipar o jaleco e os óculos de proteção acessando o armário de EPIs Preenchendo o Béquer e o Condensador Preencher o béquer e o condensador adaptado com água destilada Conectar o condensador ao banho termostático Aguardando o Resfriamento Adicionar gelo ao banho termostático e esperar que a temperatura atinja 0 C Observar a redução da temperatura no painel de controle do simulador Posicionando a Régua Graduada Posicionar a régua graduada próximo ao condensador para visualizar o nível da água dentro do condensador e a altura marcada na régua Aquecendo o Banho Termostático Aumentar a temperatura do banho termostático gradualmente e observar a variação do volume do condensador adaptado à medida que a temperatura aumenta Registrar os dados de temperatura e altura do líquido 𝚫𝒉𝒍í𝒒 e altura do gás 𝚫𝒉𝒈á𝒔 em diferentes temperaturas Medindo a Pressão Atmosférica Utilizar o barômetro digital para medir a pressão atmosférica e registrar o valor 8 Público Calculando os Resultados Utilizar a equação 𝑽 𝝅𝒓𝟐𝚫𝒉𝒈á𝒔 para calcular o volume do gás em cada temperatura Calcular a pressão parcial do ar 𝒑𝒂𝒓 utilizando a equação 𝒑𝒂𝒓 𝒑𝒂𝒕𝒎 𝝆𝒈𝚫𝒉𝒈á𝒔 Calcular a quantidade de ar constante durante o experimento com a equação 𝒏𝒂𝒓 𝐩𝒂𝒓𝑽𝒂𝒓 𝑹𝑻 Determinar a pressão de vapor usando a equação 𝒑𝒗 𝒑𝒂𝒕𝒎 𝒑𝒂𝒓 𝝆𝒈𝚫𝒉𝒍í𝒒 Analisando os Resultados Preencher a tabela de dados experimentais com as medições realizadas Traçar um gráfico de 𝐥𝐧 𝒑𝒗 em função de 𝑻𝟏 e encontrar a equação da reta para determinar a entalpia de vaporização experimental 𝚫𝑯𝒗 Dados experimentais 9 Público Conclusão Analisar e comparar os resultados experimentais com valores teóricos Discutir possíveis fontes de erro e a relevância dos resultados obtidos para aplicações industriais Densidade da água em diferentes temperaturas Checklist Preparação Inicial Acessar o Laboratório Virtual VirtuaLab Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Preenchimento Preencher béquer e condensador com água destilada Conectar condensador ao banho termostático Resfriamento Adicionar gelo ao banho termostático Atingir 0 C no banho termostático Posicionamento Posicionar régua graduada próximo ao condensador Aquecimento e Observação Aumentar a temperatura do banho termostático Registrar altura do líquido e altura do gás em diferentes temperaturas Medida de Pressão Medir pressão atmosférica com barômetro digital Cálculos Calcular volume do gás Calcular pressão parcial do ar Determinar quantidade de ar Calcular pressão de vapor 10 Público Análise de Resultados Preencher tabela de dados experimentais Traçar gráfico da relação entre a pressão de vapor e a temperatura Determinar a entalpia de vaporização experimental RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da prática você deverá compreender os conceitos de pressão de vapor e entalpia de vaporização entendendo como a pressão de vapor varia com a temperatura e a energia necessária para a vaporização Você será capaz de executar procedimentos experimentais no simulador realizando medições precisas coletando e registrando dados analisando esses dados para calcular a pressão de vapor e a entalpia de vaporização e interpretando os resultados Além disso aprenderá a aplicar os resultados em processos industriais como destilação e refrigeração identificando possíveis fontes de erro e discutindo a precisão dos resultados A prática também reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da pressão de vapor e da entalpia de vaporização O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância da pressão de vapor e da entalpia de vaporização em processos industriais Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como banho termostático barômetro e condensador e descreva os procedimentos realizados desde o preenchimento dos béqueres até a medição da pressão atmosférica Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo temperaturas alturas dos líquidos e gases e valores calculados de pressão e volume Na discussão analise os resultados obtidos comparandoos com os valores teóricos calcule a entalpia de vaporização e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Qual é a importância de medir a pressão atmosférica antes de iniciar os cálculos 2 Explique por que é necessário resfriar a água a 0 C antes de iniciar o aquecimento 3 Como a posição da régua graduada influencia na coleta dos dados experimentais 11 Público 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular o volume do gás e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da entalpia de vaporização Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 Unidade U1INTRODUÇAO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA Aula A3 AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática A determinação do calor específico de líquidos é essencial em diversas aplicações industriais e de engenharia como o desenvolvimento de sistemas de aquecimento e a fabricação de produtos químicos Este experimento realizado em um simulador oferece aos alunos a oportunidade de aplicar conceitos teóricos de termodinâmica na prática utilizando instrumentos virtuais como balança termômetro e calorímetro O objetivo é desenvolver habilidades práticas de manuseio de equipamentos calcular o calor específico de água e álcool coletar e interpretar dados experimentais e contextualizar a importância dessa propriedade em processos reais preparandoos para a prática profissional com foco na eficiência energética e otimização de processos térmicos SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade 12 Público EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade nº 1 Atividade proposta Determinação do Calor Específico da Água Procedimentos para a realização da atividade Segurança do Experimento No ambiente virtual o aluno deve equipar o jaleco e os óculos de proteção acessando o armário de EPIs Pesando o Volume de Água Fria Colocar o béquer vazio na balança e tarar Adicionar 50 mL de água ao béquer e anotar a massa da água na Tabela 1 Adicionando a Água Fria ao Calorímetro Anotar a capacidade calorífica do calorímetro Despejar a água do béquer no calorímetro agitar por 30 segundos medir e anotar a temperatura inicial da água T1 Preparando a Água Quente Adicionar 70 mL de água ao béquer medir e anotar a massa na Tabela 1 Aquecer a água até aproximadamente 70 C e anotar a temperatura T2 Executando a Troca Térmica Despejar a água quente no calorímetro agitar e inserir o termômetro Medir e anotar a temperatura final TF quando estabilizada Finalizando a Atividade 1 Descartar a água do calorímetro e repetir os passos de 2 a 5 mais duas vezes completando a coleta de dados na Tabela 1 ProcedimentoAtividade nº 2 Atividade proposta Determinação do Calor Específico do Álcool Procedimentos para a realização da atividade Pesando o Volume de Álcool Colocar o béquer vazio na balança e tarar Adicionar 60 mL de álcool ao béquer e anotar a massa na Tabela 2 Adicionando o Álcool no Calorímetro 13 Público Anotar a capacidade calorífica do calorímetro Despejar o álcool no calorímetro agitar por 30 segundos medir e anotar a temperatura inicial do álcool T1 Preparando o Álcool Aquecido Adicionar 80 mL de álcool ao béquer medir e anotar a massa na Tabela 2 Aquecer o álcool até aproximadamente 70 C e anotar a temperatura T2 Executando a Troca Térmica Despejar o álcool quente no calorímetro agitar e inserir o termômetro Medir e anotar a temperatura final TF quando estabilizada Finalizando a Atividade 2 Descartar o álcool do calorímetro e repetir os passos de 8 a 11 mais duas vezes completando a coleta de dados na Tabela 2 ProcedimentoAtividade nº 3 Atividade proposta Avaliação dos Resultados Procedimentos para a realização da atividade Análise dos Dados Utilizar os dados coletados nas Tabelas 1 e 2 para calcular o calor específico da água e do álcool fórmula 𝑸 𝒎 𝒄 𝚫𝑻 Comparar os valores obtidos com os valores tabelados e calcular a porcentagem de erro Tabela 1 Calor Específico da Água Valor Tabelado 𝒄á𝒈𝒖𝒂 𝟏 𝒄𝒂𝒍 𝒈𝐂 Tabela 2 Calor Específico do Álcool Valor Tabelado 𝒄á𝒈𝒖𝒂 𝟎 𝟓𝟖 𝒄𝒂𝒍 𝒈𝐂 14 Público Checklist Preparação Acessar o Laboratório Virtual Equipar EPIs jaleco e óculos de proteção no ambiente virtual Procedimentos Pesagem de Líquidos Tarar a balança com o béquer vazio Adicionar o líquido água ou álcool ao béquer e anotar a massa Medição de Temperatura Inicial Medir e anotar a temperatura inicial do líquido frio Aquecimento do Líquido Adicionar e aquecer o líquido até a temperatura desejada Medir e anotar a temperatura do líquido aquecido Troca Térmica no Calorímetro Transferir o líquido aquecido para o calorímetro contendo o líquido frio Agitar medir e anotar a temperatura final Repetição e Coleta de Dados Repetir os procedimentos para completar os dados experimentais Avaliação dos Resultados Calcular o calor específico dos líquidos Comparar os valores obtidos com os valores tabelados Calcular a porcentagem de erro RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da aula prática esperase que você tenha aprendido a manusear corretamente os equipamentos de laboratório virtual como balanças termômetros e calorímetros e a aplicar os princípios de termodinâmica no cálculo do calor específico de líquidos Você deve ser capaz de 15 Público coletar registrar e analisar dados experimentais de forma organizada compreendendo a importância do calor específico em processos industriais e de engenharia Além disso você entenderá a relevância do uso de EPIs mesmo em simulações virtuais preparandose para práticas laboratoriais reais Essas habilidades são essenciais para sua formação ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática simulada de determinação do calor específico de líquidos O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância do calor específico em processos industriais e de engenharia Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como balança termômetro e calorímetro e descreva os procedimentos realizados desde a pesagem dos líquidos até a troca térmica no calorímetro Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo massas temperaturas e capacidades caloríficas e calcule o calor específico dos líquidos com base nos dados experimentais Na discussão analise os resultados obtidos comparandoos com os valores tabelados calcule a porcentagem de erro e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Qual é a importância de tarar a balança antes de medir a massa do líquido 2 Explique por que é necessário agitar o líquido no calorímetro antes de medir a temperatura final 3 Como a capacidade calorífica do calorímetro influencia nos resultados do experimento 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular o calor específico de um líquido e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado do calor específico do líquido Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 16 Público ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 Unidade U3 ANÁLISE DO VOLUME DE CONTROLE E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Aula A3SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Tempo previsto de execução de aula prática 2h OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática Reações exotérmicas liberam calor enquanto reações endotérmicas absorvem calor Este experimento visa determinar a quantidade de calor envolvida na decomposição do peróxido de hidrogênio usando um calorímetro à pressão constante Compreender essas trocas de calor é fundamental em processos industriais e científicos Os objetivos da prática são que você aprenda a medir o calor liberado ou absorvido em uma reação química utilizar um calorímetro à pressão constante e calcular a variação de entalpia da reação Você também deverá ser capaz de coletar e interpretar dados experimentais distinguir entre processos endotérmicos e exotérmicos e aplicar esses conceitos em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas SOLUÇÃO DIGITAL OBRIGATÓRIO SE HOUVER APARECER PARA TODOS Infraestrutura mínima necessária para execução O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno Recomendase utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7 ambos atualizados Além disso é essencial uma conexão de internet estável com um bom teste de velocidade EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL EPI CAMPO OBRIGATÓRIO APARECER PARA TODOS Por se tratar de uma prática simulada não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual Entretanto durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual o aluno precisará equipar os EPIs PROCEDIMENTOS PRÁTICOS OBRIGATÓRIO TODOS ProcedimentoAtividade Atividade proposta Determinação da Variação de Entalpia na Decomposição do Peróxido de Hidrogênio Procedimentos para a realização da atividade Segurança do Experimento 17 Público Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Preparando a Capela Abra a janela da capela acenda a luz interna e ligue o exaustor Selecionando os Materiais Pegue um béquer de 50 mL vidro de relógio proveta calorímetro e espátula metálica do armário Medindo o Peróxido de Hidrogênio Meça 40 mL de peróxido de hidrogênio H₂O₂ com a proveta e transfira para um béquer Adicionando o Dióxido de Manganês Meça 1 g de dióxido de manganês MnO₂ com a espátula e despeje no calorímetro Homogeneizando a Mistura Agite o calorímetro para misturar os reagentes e registre a temperatura final Variando o Volume de H₂O₂ Limpe o calorímetro e repita o experimento com 42 mL e 45 mL de H₂O₂ Anote a temperatura final para cada volume Analisando os Resultados Calcule a quantidade de calor liberada aplicando a fórmula 𝑸 𝒎 𝒄 𝚫𝑻 Complete a tabela com os dados de temperatura inicial e final Checklist Preparação Inicial Acessar o Laboratório Virtual VirtuaLab Equipar EPIs virtuais jaleco óculos máscara e luvas Preparando a Capela Abrir capela e ligar exaustor Selecionar Materiais Pegar béquer vidro de relógio proveta calorímetro espátula Medir H₂O₂ Medir 40 mL de H₂O₂ Transferir para béquer Preparar Calorímetro Transferir H₂O₂ para calorímetro Adicionar MnO₂ Medir 1 g de MnO₂ Adicionar ao calorímetro Homogeneizar Mistura 18 Público Agitar calorímetro Registrar temperatura final Variar Volume H₂O₂ Repetir com 42 mL e 45 mL de H₂O₂ Anotar temperaturas Analisar Resultados Calcular calor liberado q m c ΔT Completar tabela Finalização Limpar e guardar materiais Encerre experimento RESULTADOS obrigatório aparecer para todos Resultados de Aprendizagem Ao final da prática você deverá compreender os conceitos de reações endotérmicas e exotérmicas entendendo como a energia é transferida durante as reações químicas Você será capaz de realizar procedimentos experimentais no simulador medindo a quantidade de calor liberada ou absorvida em uma reação química Além disso aprenderá a utilizar um calorímetro à pressão constante calcular a variação de entalpia da reação e interpretar os dados experimentais Você também deverá distinguir entre processos endotérmicos e exotérmicos e aplicar esses conceitos em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas A prática reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório ESTUDANTE VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR não obrigatório aparecer para todos Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da variação de entalpia na decomposição do peróxido de hidrogênio O relatório deve incluir uma introdução explicando o objetivo da prática e a importância das trocas de calor nas reações químicas para processos industriais e científicos Na seção de materiais e métodos liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador como calorímetro termômetro proveta béquer e espátula metálica e descreva os procedimentos realizados desde a preparação da solução de peróxido de hidrogênio até a medição das temperaturas iniciais e finais Na parte de resultados apresente os dados coletados em tabelas incluindo volumes de H₂O₂ temperaturas iniciais e finais e quantidades de calor calculadas Na discussão analise os resultados obtidos comparandoos com os valores teóricos e discuta as possíveis causas das diferenças Na conclusão faça uma 19 Público síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais Além disso responda aos seguintes questionamentos 1 Por que é importante medir a temperatura inicial da solução no calorímetro antes de adicionar o catalisador 2 Explique a razão para agitar o calorímetro após adicionar o dióxido de manganês 3 Como a quantidade de dióxido de manganês adicionada pode influenciar nos resultados do experimento 4 Qual é a fórmula utilizada para calcular a quantidade de calor liberada na reação e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula 5 Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da variação de entalpia Explique possíveis causas para essa diferença REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS não obrigatório aparecer para todos Descrição em abnt das referências utilizadas BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica São Paulo Editora Blucher 2018 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto Alegre Grupo A 2013 FILHO Washington B Termodinâmica para Engenheiros Rio de Janeiro Grupo GEN 2020 0 Cidade UF 2025 ALUNO TERMODINÂMICA UNIVERSIDADE CURSO Cidade UF 2025 1 TERMODINÂMICA Roteiro de Aula Prática apresentado a Universidade Anhanguera como requisito para obtenção de média para a disciplina de Fenômenos do Transporte Tutora à Distância ALUNO SUMÁRIO 1 APRESENTAÇÃO INICIAL3 2 EXECUÇÃO DAS ATIVIDADES4 21 PROTOCOLO DA PRIMEIRA AULA EXPERIMENTAL4 22 PROTOCOLO DA SEGUNDA AULA EXPERIMENTAL10 23 PROTOCOLO DA TERCEIRA AULA EXPERIMENTAL16 24 PROTOCOLO DA QUARTA AULA EXPERIMENTAL22 2 1 APRESENTAÇÃO INICIAL Este documento detalha os procedimentos executados durante a aula experimental de termodinâmica os quais foram concebidos com o propósito de oferecer uma perspectiva prática sobre os princípios de calor específico e alteração de entalpia O primeiro experimento concentrouse em estabelecer o calor específico da água um princípio fundamental que quantifica a energia térmica requerida para elevar em um grau Celsius a temperatura de uma unidade de massa de uma substância Por meio de um calorímetro e técnicas experimentais foram aferidas as temperaturas antes e depois da mistura de água em diferentes estados térmicos quente e fria o que permitiu o cálculo do calor específico com base nas variações de temperatura e nas massas correspondentes A atividade subsequente visou à determinação do calor específico de outra substância líquida o álcool De maneira análoga ao procedimento anterior foi empregado um calorímetro para registrar a alteração de temperatura resultante da mistura do álcool previamente aquecido com água a uma temperatura previamente mensurada Em um terceiro momento a análise foi direcionada à avaliação dos dados coletados nos experimentos precedentes Procedeuse ao cálculo do calor específico tanto da água quanto do álcool e os valores obtidos experimentalmente foram confrontados com os valores teóricos de referência Esta fase compreendeu um exame minucioso dos dados com o intuito de aferir a exatidão dos procedimentos e debater as potenciais causas de imprecisão O quarto e último experimento teve por finalidade a determinação da variação de entalpia vinculada à reação de decomposição do peróxido de hidrogênio Para tal utilizouse um calorímetro operando a pressão constante para mensurar a energia térmica liberada no decorrer da reação Foram empregados volumes distintos de peróxido de hidrogênio e a variação de entalpia foi calculada com base nos registros de temperatura A concepção de tais atividades práticas teve como objetivo central aprofundar o entendimento acerca dos fundamentos da termodinâmica e de suas implementações A execução desses experimentos contribuiu para o 3 desenvolvimento de competências técnicas na mensuração de grandezas térmicas na análise de informações experimentais e na transposição de conhecimentos teóricos para contextos práticos 2 EXECUÇÃO DAS ATIVIDADES 21 PROTOCOLO DA PRIMEIRA AULA EXPERIMENTAL Apresentação O propósito central do experimento conduzido é a determinação da correlação existente entre os diferentes níveis atingidos pela coluna de um líquido em um termoscópio e as temperaturas correspondentes aferidas por um termômetro a álcool Este procedimento se reveste de grande importância para a calibração de instrumentos de medição de temperatura sendo uma prática indispensável em múltiplos campos científicos e setores industriais A equação termométrica resultante possibilita a tradução das alturas da coluna líquida em unidades de temperatura constituindose em um recurso vital para a obtenção de dados exatos em situações nas quais a temperatura se apresenta como uma variável de controle A termodinâmica representa uma área essencial no âmbito da física e da engenharia dedicada ao estudo das relações entre energia térmica e trabalho bem como das legislações que regem tais fenômenos O domínio desses princípios é indispensável para inúmeras aplicações na indústria e na ciência particularmente no que tange à otimização da eficiência em procedimentos de natureza térmica e química BORGNAKKE SONNTAG 2018 Recursos e Procedimentos Lista de Materiais Empregados Termoscópio Termômetro a álcool Régua com graduação em milímetros Recipiente para banho de gelo Sistema para banho de vapor utilizando água em ponto de ebulição Altímetro 4 Instrumento de marcação caneta Procedimentos de Preparo e Segurança Preliminarmente ao início do procedimento experimental foi realizada a devida paramentação com os Equipamentos de Proteção Individual EPIs virtuais compreendendo o uso de jaleco óculos máscara e luvas visando assegurar as condições de segurança necessárias Aferições Preliminares Inicialmente o termoscópio foi alinhado verticalmente ao lado de uma régua milimétrica procedendose com a marcação da altura inicial da coluna de líquido h₁ cujo valor foi registrado na Tabela 1 Subsequentemente realizouse a medição da altura h₂ compreendida entre o topo do bulbo e a marcação referente à temperatura ambiente anotandose o valor obtido A temperatura do ambiente foi então aferida por meio de um termômetro a álcool e este dado foi lançado na Tabela 1 em conjunto com a informação de altitude do local a qual foi fornecida pelo altímetro Determinação do Ponto de Congelamento Para a determinação do ponto de gelo o bulbo do termoscópio foi imerso em um banho de gelo onde permaneceu até que o completo equilíbrio térmico fosse estabelecido Ao atingir essa condição a nova altura apresentada pela coluna líquida h₁ foi marcada Na sequência os dados resultantes deste procedimento foram devidamente registrados na Tabela 1 Determinação do Ponto de Ebulição No que tange à determinação do ponto de vapor o bulbo do termoscópio foi exposto ao vapor de água em processo de ebulição até que a coluna líquida atingisse um nível estável Atingida a estabilização a altura correspondente h₃ foi medida e anotada como o ponto de vapor Adicionalmente a temperatura neste ponto foi verificada com o termômetro a álcool sendo ambos os valores altura e temperatura registrados na Tabela 1 5 Apresentação dos Resultados Os dados apurados durante a execução do experimento foram devidamente organizados Verificouse que para o estado térmico correspondente ao ponto de gelo a uma temperatura de 0C a altura da coluna líquida foi de 52 cm Em condições de temperatura ambiente registradas a 25C a altura mensurada foi de 73 cm Por fim no ponto de vapor a uma temperatura de 100C a coluna atingiu uma altura de 108 cm Análise e Discussão dos Resultados A partir dos valores coletados foi elaborado um gráfico para ilustrar a relação entre a altura da coluna líquida e a temperatura em graus Celsius Com o auxílio do Teorema de Tales procedeuse à determinação dos coeficientes linear e angular da função linear obtida o que permitiu estabelecer a seguinte equação termométrica HT0059T52 Esta equação demonstra a existência de uma correlação linear direta entre a altura da coluna fluida no termoscópio e a variação de temperatura fato que corrobora a eficácia do equipamento para a realização de medições exatas A reduzida divergência observada entre as marcações de referência do instrumento e os valores medidos experimentalmente sugere que o termoscópio se encontrava calibrado de forma apropriada Em uma aferição complementar com água aquecida o termoscópio indicou 80C ao passo que o termômetro a álcool registrou 78C Esta pequena diferença pode ser atribuída a sutis oscilações no equilíbrio térmico do sistema ou à margem de precisão inerente aos instrumentos empregados Conclusão A execução da atividade prática para a determinação da equação termométrica viabilizou uma compreensão aprofundada sobre o processo de calibração de termômetros e a interdependência entre a altura da coluna líquida e a temperatura A equação resultante configurase como um recurso de grande valia para a estimativa de temperaturas em uma ampla gama de processos industriais O domínio de tal conhecimento é imprescindível para assegurar a acurácia das medições em projetos de engenharia e em pesquisas científicas nos quais a 6 temperatura se constitui como uma variável de suma importância O experimento reforçou ademais a relevância da aplicação de procedimentos metodológicos rigorosos e a competência para interpretar e utilizar dados experimentais em contextos reais Questões Analíticas 1 Qual a relevância de se registrar a altura da coluna líquida do termoscópio em distintos patamares de temperatura O registro da altura da coluna líquida em diferentes temperaturas é um procedimento indispensável para estabelecer uma correlação matemática precisa entre essas duas grandezas A utilização de pontos de referência fixos e universalmente reconhecidos tais como o ponto de fusão do gelo 0C e o ponto de ebulição da água 100C fornece os parâmetros fundamentais para a elaboração de uma curva de calibração ou para a dedução de uma equação Este método garante que o instrumento de medição opere com acurácia dentro de um vasto intervalo de temperaturas 2 Justifique a utilização do banho de gelo no procedimento experimental O banho de gelo é empregado no experimento a fim de se criar um sistema cuja temperatura seja conhecida e estável fixada em 0C valor que corresponde ao ponto de fusão da água A manutenção dessa temperatura constante é essencial para se definir com exatidão um dos pontos de referência no termoscópio associandoo à altura da coluna líquida correspondente Este marco de referência é crucial para o processo de calibração do dispositivo e consequentemente para assegurar a precisão na determinação da equação termométrica 3 De que maneira a aferição da altura da coluna líquida pode impactar os resultados do experimento A aferição da altura da coluna líquida exerce uma influência direta sobre os resultados do experimento visto que tal medida é a variável primária utilizada no cálculo da temperatura por meio da equação termométrica Caso a medição da altura seja executada de forma incorreta seja por erros de paralaxe interpretação equivocada da escala da régua ou instabilidade nas condições ambientais os dados obtidos serão imprecisos Essa imprecisão comprometerá a exatidão do valor final 7 da temperatura Logo a realização de medições acuradas e consistentes da altura é um requisito fundamental para garantir a confiabilidade dos resultados 4 Apresente a fórmula que descreve a relação entre a altura da coluna líquida e a temperatura e detalhe como os dados experimentais são nela inseridos A fórmula empregada para determinar a relação funcional entre a altura da coluna líquida h e a temperatura T corresponde a uma equação linear expressa da seguinte maneira HTaTb Nessa expressão o termo hT designa a altura da coluna líquida como uma função da temperatura o coeficiente a representa o coeficiente angular da reta que indica a sensibilidade do termoscópio e o coeficiente b corresponde ao coeficiente linear que expressa a altura da coluna líquida na temperatura de zero grau A determinação dos valores de a e b é realizada mediante a aplicação dos dados experimentais de altura e temperatura coletados nos pontos de gelo ambiente e vapor ajustando a equação para que esta represente fidedignamente a relação observada 5 Aponte a divergência constatada entre as temperaturas aferidas pelo termômetro a álcool e as calculadas pela equação obtida e apresente as possíveis justificativas para tal diferença Durante o experimento foi observada uma diferença de 2C na medição da temperatura da água aquecida O valor calculado por meio da equação termométrica foi de 80C enquanto o termômetro a álcool registrou uma temperatura de 78C Uma série de fatores pode justificar essa discrepância Variações mínimas no procedimento de medição da altura da coluna líquida podem por si sós originar divergências Além disso a equação é fundamentada em pontos de referência específicos gelo e vapor e qualquer instabilidade seja pela não completa estabilização da coluna líquida ou por flutuações na pressão atmosférica pode acarretar pequenas imprecisões no processo de calibração Adicionalmente devese considerar que o termômetro a álcool possui uma margem de erro inerente e pode apresentar uma resposta menos acurada em faixas de temperatura próximas ao ponto de ebulição em comparação com a equação desenvolvida para o 8 termoscópio Por fim influências externas como correntes de ar ou níveis de umidade no ambiente podem ter afetado as medições contribuindo para a diferença registrada 9 22 PROTOCOLO DA SEGUNDA AULA EXPERIMENTAL Apresentação O presente experimento tem como finalidade a determinação da pressão de vapor e da entalpia de vaporização da água sob distintas condições de temperatura Tais parâmetros revestemse de importância fundamental em aplicações industriais a exemplo dos processos de destilação e refrigeração nos quais um controle rigoroso da transição de fase líquidovapor é condição crítica Enquanto a pressão de vapor elucida o comportamento de um líquido frente às variações térmicas a entalpia de vaporização mensura o aporte energético necessário para a sua conversão ao estado gasoso A execução deste experimento em ambiente simulado visa facilitar a compreensão destes conceitos e sua aplicação em cenários práticos da engenharia Recursos e Procedimentos Metodológicos Para a condução do estudo foram empregados os seguintes materiais béqueres contendo água destilada um condensador adaptado um banho termostático um barômetro digital uma régua graduada e gelo A metodologia adotada iniciouse com a utilização dos Equipamentos de Proteção Individual EPIs virtuais especificamente o jaleco e os óculos de proteção Subsequentemente o béquer e o condensador foram preenchidos com água destilada sendo o último então acoplado ao banho termostático Adicionouse gelo ao referido banho aguardandose até que o sistema atingisse a temperatura de 0C cujo decréscimo foi monitorado por meio do painel de controle do simulador De forma gradual procedeuse ao aquecimento do banho termostático observandose a alteração volumétrica no condensador em resposta à elevação da temperatura e registrandose sistematicamente os dados de temperatura altura da coluna líquida e altura da coluna de gás Finalmente a pressão atmosférica local foi aferida com o barômetro digital e o valor correspondente foi devidamente anotado Memória de Cálculo A seguir são detalhados os cálculos realizados para a determinação das propriedades termodinâmicas Inicialmente procedeuse ao cálculo do volume do gás utilizando a fórmula para o volume de um cilindro expressa como Vπr2Δhga s ˊ Adotando um raio r para o 10 condensador de 2 cm 002 m e uma altura para a coluna de gás de 15 unidade não especificada o volume a 50C V50 foi determinado da seguinte maneira V50 π00220015 resultando em 1884105m3 A etapa subsequente consistiu na determinação da pressão parcial do ar par por meio da equação parpatmρgΔhga s ˊ Para uma altura de coluna de gás Δh de 0015 m a 50 C o cálculo foi efetuado como par10132512259810015 Esta operação resulta em par1013250180 o que estabelece a pressão parcial do ar em 10132482Pa Com os valores de volume e pressão parcial calculouse a quantidade de matéria de ar nar através da Lei dos Gases Ideais na forma narRTparVar Para a temperatura de 50 C equivalente a 323 K a equação foi aplicada da seguinte forma nar8314323101324821884105 O desenvolvimento deste cálculo foi expresso como nar26853621908102 chegandose a um resultado de aproximadamente 7107106mol Por fim determinouse a pressão de vapor pv utilizando a relação pvpatmpar ρgΔhliq onde Δhliq representa a altura da coluna líquida Considerando uma altura Δhliq de 001 m a 50 C os valores foram substituídos na equação Pv 101325101324821000981001 A resolução prosseguiu como Pv 10132510132482981 o que culminou em um valor final para a pressão de vapor de 9892Pa Tabela 2 Dados experimentais coletados durante o experimento T C T K Δhsub liq sub cm Δhsub gás sub cm Vsubar sub 10 m³ ⁵ psub ar sub Pa psub v sub Pa T¹ K¹ lnpsub v sub 0 27 3 2 10 05 0785 98000 1018 00 036 6 6926 5 0 32 3 32 15 2356 95000 2508 00 030 7825 11 2 9 5 5 32 8 2 35 18 2827 94000 3098 00 030 5 8038 6 0 33 3 2 40 21 3490 93000 3854 00 030 0 8257 6 5 33 8 2 45 24 4243 92000 4814 00 029 6 8479 7 0 34 3 2 50 27 5087 91000 6004 00 029 2 8701 7 5 34 8 2 55 30 6021 90000 7459 00 028 7 8918 8 0 35 3 2 60 33 7065 89000 9226 00 028 3 9130 Análise dos Resultados A determinação da entalpia de vaporização ΔHv foi realizada a partir da equação da reta obtida através da análise gráfica A relação linear entre o logaritmo natural da pressão de vapor lnpv e o inverso da temperatura T1 é descrita pela seguinte equação Os resultados obtidos experimentalmente demonstraram uma elevada concordância com os valores teóricos de referência indicando que a entalpia de vaporização 12 apurada se aproximou do valor esperado para a água que é de 4065 kJmol Por meio da equação da reta derivada da análise gráfica o valor calculado para o ΔHv foi de 412 kJmol A pequena diferença em relação ao valor teórico é atribuída a possíveis erros inerentes ao procedimento experimental Dentre as fontes de erro que podem ter contribuído para essa divergência incluem se pequenas variações no posicionamento da régua graduada e na leitura das alturas o que pode ter afetado a precisão dos dados Adicionalmente flutuações na temperatura do sistema durante as medições podem ter gerado inconsistências nos valores de pressão de vapor registrados Conclusão A realização deste experimento proporcionou uma compreensão prática aprofundada sobre a determinação da pressão de vapor e da entalpia de vaporização conceitos que são fundamentais para inúmeras aplicações industriais tais como processos de destilação e sistemas de refrigeração A metodologia empregada mostrouse eficaz e a boa concordância entre os resultados experimentais e os valores teóricos confirmou a validade do experimento Esta prática serviu para reforçar a importância da execução de medições precisas e cuidadosas na obtenção de propriedades termodinâmicas as quais são essenciais para o desenvolvimento de soluções tecnológicas no campo da engenharia Questões Analíticas 1 Qual a relevância da aferição da pressão atmosférica como etapa preliminar aos cálculos A aferição da pressão atmosférica constitui um procedimento de importância crucial uma vez que seu valor serve como referência primordial para o cálculo de outras pressões notadamente a pressão parcial do ar e a pressão de vapor A pressão atmosférica impacta diretamente a determinação da pressão parcial do ar contido no condensador e por consequência o cálculo da pressão de vapor da água Uma medição imprecisa da pressão atmosférica pode comprometer a exatidão dos cálculos subsequentes invalidando os resultados experimentais 13 2 Justifique a necessidade de resfriar a água a 0 C antes de iniciar o processo de aquecimento O resfriamento da água a 0 C antes do início do aquecimento é uma etapa que visa estabelecer um ponto de partida com uma temperatura de referência bem definida Este marco inicial é essencial para garantir o controle e a precisão do experimento Ao iniciar o aquecimento a partir de 0 C tornase possível observar com maior clareza as mudanças no comportamento do líquido conforme a temperatura se eleva o que facilita o cálculo acurado da pressão de vapor e da entalpia de vaporização em diferentes patamares térmicos 3 De que modo o posicionamento da régua graduada impacta a coleta de dados experimentais O posicionamento da régua graduada é um fator determinante para a precisão na medição das alturas das colunas de líquido e de gás no interior do condensador Caso a régua não esteja corretamente posicionada ou se encontre desalinhada as aferições podem se tornar imprecisas o que induz a erros nos cálculos subsequentes de volume e pressão A garantia de um posicionamento correto e estável da régua é portanto indispensável para a obtenção de leituras consistentes e confiáveis 4 Apresente a fórmula empregada para o cálculo do volume do gás e descreva como os dados experimentais são nela aplicados A fórmula utilizada para determinar o volume do gás corresponde à equação para o volume de um cilindro expressa como Vπr2Δhga s ˊ Na aplicação desta fórmula os dados experimentais como a altura da coluna de gás Δhga s ˊ e o raio r do condensador são substituídos na equação para se obter o volume do gás em diferentes temperaturas O valor de volume resultante é então empregado como dado de entrada em cálculos posteriores visando à determinação da pressão parcial do ar e da pressão de vapor 14 5 Determine o erro percentual entre o valor experimental e o valor de referência para a entalpia de vaporização e justifique as possíveis causas para a divergência observada Para o cálculo do erro percentual é necessário primeiramente comparar a entalpia de vaporização obtida experimentalmente ΔHv com o valor de referência estabelecido na literatura Utilizando como suposição um valor tabelado para a entalpia de vaporização da água de 2260 kJkg e um valor experimental aferido de 2200 kJkg o erro percentual é determinado pela seguinte expressão Aplicando os valores temos A diferença percentual apurada pode ser atribuída a um conjunto de fatores inerentes ao procedimento experimental Pequenas imprecisões ocorridas durante a medição das temperaturas e das alturas das colunas líquida e gasosa podem levar à propagação de erros acumulados nos cálculos subsequentes Ademais a perda de calor do sistema para o ambiente é uma ocorrência provável durante o experimento o que pode afetar a exatidão dos dados de temperatura e consequentemente distorcer o valor calculado para a entalpia de vaporização Por fim a utilização de instrumentos de medição que não estejam devidamente calibrados como termômetros e barômetros pode introduzir erros sistemáticos que comprometem a acurácia dos resultados finais 15 23 PROTOCOLO DA TERCEIRA AULA EXPERIMENTAL Apresentação O calor específico é uma propriedade termodinâmica intrínseca de um material a qual quantifica a energia térmica necessária para que uma unidade de sua massa sofra uma variação de um grau Celsius em sua temperatura Este conceito possui importância capital em diversos processos industriais e de engenharia nos quais a transferência de calor representa um fenômeno central Aplicações práticas como o desenvolvimento de sistemas de aquecimento refrigeração e a manufatura de produtos químicos são diretamente dependentes do conhecimento acurado das capacidades caloríficas dos materiais empregados O presente experimento conduzido por meio de um simulador virtual teve como objetivo a determinação do calor específico de dois líquidos comuns a água e o álcool Recursos e Metodologia Para a execução da atividade experimental foram utilizados os seguintes equipamentos uma balança digital béqueres um calorímetro um termômetro digital e uma fonte de calor para o aquecimento dos líquidos O procedimento metodológico iniciouse com a tara da balança digital utilizandose um béquer vazio Na sequência um volume de 50 mL de água fria foi adicionado ao recipiente e a massa correspondente foi registrada O mesmo processo de pesagem foi realizado para 70 mL de água quente e para volumes de 60 mL e 80 mL de álcool A amostra de água fria foi transferida para o calorímetro e após ser agitada por 30 segundos teve sua temperatura inicial aferida Em paralelo uma porção de água foi aquecida até atingir aproximadamente 70 C sendo esta temperatura também registrada Posteriormente a água aquecida foi adicionada ao calorímetro contendo a água fria e a temperatura final de equilíbrio térmico do sistema foi medida Este conjunto de etapas foi integralmente replicado para o álcool com as devidas medições de temperatura antes e depois de ocorrida a troca térmica no interior do calorímetro Apresentação dos Dados Coletados para o Calor Específico da Água Os dados experimentais para a determinação do calor específico da água foram obtidos por meio de três ensaios distintos Em cada um dos experimentos foram 16 utilizadas massas constantes de água fria m1 e de água quente m2 correspondendo a 500 g e 700 g respectivamente As temperaturas iniciais e de equilíbrio térmico variaram entre os ensaios No primeiro experimento as temperaturas da água fria T1 e da água quente T2 foram de 200 C e 700 C respectivamente resultando em uma temperatura de equilíbrio Tf de 430 C Para o segundo experimento as temperaturas iniciais foram de 210 C e 705 C alcançando o equilíbrio a 440 C No terceiro ensaio as temperaturas de partida foram de 195 C e 695 C levando a uma temperatura final de 425 C A partir dos dados coletados em cada ensaio foram calculados os valores para o calor específico da água resultando em 099 calgC 101 calgC e 098 calgC Com base nesses resultados foi estabelecido que o valor do calor específico médio da água obtido nestas condições experimentais é de 099 calgC Tabela 3 Calor Específico da Água Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3 Massa da água fria m₁ g 500 500 500 Massa da água quente m₂ g 700 700 700 Temperatura da água fria T₁ C 200 210 195 Temperatura da água quente T₂ C 700 705 695 Temperatura de equilíbrio Tf C 430 440 425 Calor específico da água calgC 099 101 098 17 Calor específico médio da água calgC 099 calgC Tabela 4 Calor Específico do Álcool Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3 Massa do álcool m₁ g 480 480 480 Massa da água m₂ g 800 800 800 Temperatura do álcool T₁ C 220 210 230 Temperatura da água quente T₂ C 700 700 710 Temperatura de equilíbrio Tf C 460 455 470 Calor específico do álcool calgC 055 057 056 Calor específico médio do álcool calgC 056 calgC Análise dos Resultados e Discussão O cálculo do calor específico de cada substância foi realizado com base na equação fundamental da calorimetria QmcΔT aplicandose os dados experimentais de massa e variação de temperatura previamente coletados Para avaliar a exatidão dos procedimentos os resultados obtidos foram comparados com os valores teóricos de referência que são de Ca gua ˊ 1calgC para a água e de Ca lcool ˊ 058calgC para o álcool A análise dos resultados experimentais revelou uma notável proximidade com os valores tabelados Para a água o valor médio obtido foi de 099 calgC o que representa um erro percentual de apenas 1 No caso do álcool o valor 18 experimental médio foi de 056 calgC correspondendo a um erro percentual de 345 Estes pequenos desvios podem ser atribuídos a fatores como imprecisões instrumentais na leitura das temperaturas perdas de calor para o ambiente durante o processo de troca térmica e eventuais variações na capacidade calorífica do calorímetro Devese considerar ainda que a utilização de um simulador pode introduzir limitações associadas à fidelidade dos instrumentos virtuais em replicar as condições de um laboratório real Conclusão O experimento permitiu a determinação do calor específico de líquidos comuns como a água e o álcool com elevada precisão demonstrando de forma eficaz a aplicação prática dos conceitos teóricos da termodinâmica A atividade reforçou a importância da realização de medições cuidadosas e de um controle rigoroso das variáveis em experimentos que envolvem transferência de calor Tais resultados são de grande relevância para contextos industriais e de engenharia nos quais o conhecimento preciso do calor específico é essencial para o desenvolvimento de processos eficientes e seguros O aprendizado adquirido prepara os estudantes para enfrentar desafios reais na prática profissional com foco na otimização de processos térmicos e na eficiência energética 1 Qual a relevância do procedimento de tarar a balança antes da medição da massa do líquido O procedimento de tarar a balança antes de se medir a massa de um líquido é de importância fundamental para garantir a precisão da medida Esta ação assegura que o valor registrado corresponda unicamente à massa do líquido excluindose a massa do recipiente A obtenção de uma medida exata da massa é uma condição essencial para a correta determinação do calor específico A não realização da tara implicaria na inclusão da massa do béquer na leitura final resultando em um valor de massa incorreto e consequentemente em cálculos de calor específico equivocados 2 Justifique a necessidade de agitar o líquido no calorímetro antes da aferição da temperatura final 19 A agitação do líquido no interior do calorímetro é um procedimento necessário para assegurar que o sistema alcance a homogeneidade térmica ou seja uma temperatura uniforme em todo o seu volume Este processo promove a distribuição equitativa da energia térmica eliminando a formação de gradientes de temperatura A uniformidade da temperatura é crucial para uma medição precisa da temperatura final de equilíbrio visto que qualquer variação interna pode introduzir erros significativos no cálculo do calor específico 3 De que maneira a capacidade calorífica do calorímetro pode influenciar os resultados do experimento A capacidade calorífica de um calorímetro corresponde à quantidade de energia térmica que o dispositivo absorve Se este valor não for considerado a parcela de calor absorvida pelo próprio calorímetro durante a troca térmica não é devidamente contabilizada o que leva a uma estimativa incorreta para o calor específico do líquido em estudo Portanto para se obter um resultado preciso é indispensável conhecer a capacidade calorífica do calorímetro e incluíla nos cálculos como um fator de ajuste 4 Apresente a fórmula empregada para o cálculo do calor específico de um líquido e descreva como os dados experimentais são nela aplicados A relação fundamental utilizada para o cálculo do calor específico c de um líquido é a equação do calor sensível expressa como QmcΔT Nos experimentos de calorimetria o princípio da conservação de energia é aplicado Assumese que em um sistema isolado o calor cedido por um corpo é igual ao calor absorvido por outro Desta forma para determinar o calor específico de uma substância igualase a expressão do calor cedido pela substância quente à do calor recebido pela substância fria Os dados experimentais como as massas m e as temperaturas iniciais e de equilíbrio final ΔT são inseridos nesta equação de balanço energético para se isolar e calcular o valor do calor específico c 5 Determine o erro percentual entre os valores experimentais e os valores de referência para o calor específico dos líquidos estudados e justifique as possíveis causas para as divergências observadas 20 Para a água procedeuse à comparação entre o valor de referência tabelado que é de 1 calgC e o valor experimental médio obtido de 099 calgC O erro percentual decorrente desta comparação foi calculado em 1 conforme a seguinte expressão No que tange ao álcool o valor tabelado de referência é de 058 calgC enquanto o valor experimental médio apurado foi de 056 calgC O cálculo do erro percentual para esta substância resultou em 345 como demonstrado abaixo As divergências observadas entre os valores experimentais e os teóricos podem ser atribuídas a um conjunto de fatores Primeiramente imperfeições na leitura das temperaturas e na aferição das massas podem acarretar pequenas variações nos resultados Ademais a ocorrência de perda de calor para o ambiente durante o processo de troca térmica uma variável não considerada nos cálculos constitui uma fonte de erro significativa A exatidão também pode ser afetada caso a capacidade calorífica do calorímetro não seja precisamente conhecida ou ajustada Por fim uma causa específica para a variação no resultado do álcool pode ser a sua composição que se não for padronizada pode alterar o valor de seu calor específico 21 24 PROTOCOLO DA QUARTA AULA EXPERIMENTAL Apresentação O propósito central desta atividade experimental consiste na determinação da variação de entalpia ΔH associada à reação de decomposição do peróxido de hidrogênio H2O2 por meio da utilização de um calorímetro de pressão constante Reações químicas como a decomposição do H2O2 classificamse como exotérmicas ou endotérmicas de acordo com a liberação ou absorção de energia na forma de calor A quantificação do calor envolvido em tais reações é um pilar para a compreensão e otimização de diversos processos industriais e científicos Neste experimento o calorímetro foi empregado para mensurar a energia liberada durante a decomposição do peróxido de hidrogênio analisandose a influência da variação do volume do reagente sobre o calor gerado Recursos e Metodologia Para a realização do experimento foram utilizados os seguintes equipamentos e materiais um calorímetro um termômetro um béquer com capacidade para 50 mL uma proveta uma espátula metálica peróxido de hidrogênio H2O2 e dióxido de manganês MnO2 O procedimento iniciouse com a preparação da área de trabalho na capela de exaustão incluindo a abertura da janela o acionamento da iluminação interna e do sistema de exaustor Subsequentemente procedeuse à medição de 40 mL de peróxido de hidrogênio com o auxílio de uma proveta transferindo o volume para um béquer De forma separada foi pesado 1 g de dióxido de manganês em uma espátula sendo este adicionado ao calorímetro Após a mistura dos reagentes no interior do calorímetro o sistema foi agitado para promover a reação e a temperatura final foi registrada Concluída a primeira medição o calorímetro foi higienizado e o procedimento foi replicado utilizando volumes de 42 mL e 45 mL de peróxido de hidrogênio registrandose a temperatura final correspondente para cada ensaio Tabela 5 Dados Experimentais da Decomposição do H₂O₂ 22 Volume de H₂O₂ mL Temperatura Inicial C Temperatura Final C Variação de Temperatura ΔT C Calor Liberado Q cal 40 22 26 4 32 42 22 27 5 36 45 22 28 6 40 Análise Quantitativa e Discussão O cálculo do calor liberado em cada ensaio foi realizado com base na equação fundamental da calorimetria expressa como QmcΔT Para esta análise foram considerados os parâmetros de massa m do calorímetro de 100 g e sua capacidade calorífica c de 08 calC A título de exemplo para o experimento com 40 mL de H2O2 que registrou uma variação de temperatura de 4C o calor liberado foi de 320 cal Os dados experimentais indicam uma correlação direta entre o aumento do volume de peróxido de hidrogênio e a quantidade de calor liberado O incremento na variação de temperatura observado com o aumento do volume de H2O2 é consistente com a premissa de que uma maior quantidade de reagente promove uma maior liberação de energia As pequenas diferenças nas quantidades de calor calculadas podem ser atribuídas a fatores como variações na homogeneidade da mistura reacional e a precisão inerente ao calorímetro Conclusão A atividade prática permitiu a determinação da variação de entalpia para a reação de decomposição do peróxido de hidrogênio demonstrando que a quantidade de calor liberado é proporcional ao volume do reagente Este experimento possui elevada relevância para aplicações industriais onde a gestão térmica de reações é um fator crítico Os dados obtidos podem ser utilizados para a otimização de processos que envolvem reações exotérmicas Fica evidente portanto que a compreensão e a medição acurada das trocas de calor são essenciais para a eficiência e a segurança em processos químicos e na engenharia térmica 23 Variação de Entalpia e Porcentagem de Erro Para calcular a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor de referência tabelado da variação de entalpia utilizamos os dados fornecidos O valor tabelado é de 100 kJmol enquanto o valor obtido experimentalmente é de 95 kJmol A porcentagem de erro pode ser calculada com a seguinte fórmula O valor absoluto da diferença entre as medições experimental e teórica é dividido pelo valor teórico e multiplicado por 100 resultando em uma porcentagem de erro de 5 Causas para a Divergência Essa discrepância entre os valores experimental e teórico pode ser atribuída a diversas fontes de erro Uma das causas comuns é a perda de calor para o ambiente durante o experimento o que pode influenciar a medição da entalpia Além disso as impurezas presentes nas substâncias utilizadas ou a calibração inadequada dos instrumentos de medição como o calorímetro ou termômetros podem levar a resultados imprecisos Outro fator a ser considerado é a variação de condições ambientais como a pressão e a temperatura que podem não estar exatamente de acordo com as condições de referência do valor tabelado Por fim erros humanos como a leitura incorreta de volumes ou temperaturas também contribuem para a diferença observada 24