Capacidade Calor­fica Espec­fica e Transferncia de calor A quantidade de calor transferida a ou a partir de um objeto quando sua temperatura varia, depende

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  • Capacidade Calorfica Especfica e Transferncia de calor A quantidade de calor transferida a ou a partir de um objeto quando sua temperatura varia, depende de trs fatores: Quantidade de material Magnitude da variao de temperatura Identidade do material que ganha ou perde calor
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  • Capacidade Calorfica (C) Chamada de calor especfico, a quantidade de calor necessria para aumentar em um Kelvin a temperatura de 1 grama de uma substncia. Ela tem unidades de joules por grama por Kelvin (J/g.K)
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  • CALOR A quantidade de calor ganha ou perdida quando determinada massa de uma substncia aquecida ou resfriada calculada usando a equao: q = C.m.T q: calor transferido (J) m: massa da substncia (g) T: variao da Temperatura (K) C: capacidade calorfica (J/g.K)
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  • CALOR q = C.m. T q a quantidade de calor transferida a ou a partir de uma determinada massa (m) da substncia C a capacidade calorfica especfica T a variao de temperatura A letra grega delta maisculo () significa variao de A variao de temperatura, T, calculada como a temperatura final menos a temperatura inicial. T = T final T inicial
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  • T do sistemaSinal de TSinal de qDireo da transferncia de calor Aumento++Calor transferido da vizinhana para o sistema Endotrmico Diminuio--Calor transferido do sistema para a vizinhana Exotrmico O sinal sinaliza a direo da transferncia de calor O calor no pode ser negativo, mas o contedo de calor de um objeto pode aumentar ou diminuir dependendo do sentido da transferncia de calor.
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  • Exerccio: Sabendo-se que a capacidade calorfica do cobre 0,385 J/g. K, calcule o calor ganho por uma amostra de 10,0 g de cobre se sua temperatura for aumentada de 298 K para 598K (325C).
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  • Resoluo: q = C.m. T q = (0,385 J/g.K) (10,0 g) (598 K 298 K) q = + 1,160 J Observe que a resposta tem um sinal positivo. Isso indica que o contedo de calor da amostra aumentou em 1,160 J porque o calor foi transferido ao cobre (o sistema) pela vizinhana.
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  • As capacidades calorficas de alguns metais, substncias e compostos so mostrados abaixo. SubstnciaNomeCapacidade Calorfica (J/g.K) Alalumnio0,897 CGrafite0,685 FeFerro0,449 CuCobre0,385 AuOuro0,129 NH 3 Amnia4,70 H 2 O (l)gua lquida4,184 C 2 H 5 OH(l)Etanol2,44 H 2 O (s)gua slida (gelo)2,06 Madeira1,8 Vidro0,8 Granito0,8 Cimento0,9
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  • Observaes: gua tem um dos valores mais altos (4,184 J/g. K); As capacidade calorfica especfica dos metais corresponde a um quinto deste valor ou menos; Exemplo: Como a capacidade calorfica do ferro de 0,45 J/g. K, para elevar a temperatura de um grama de gua em 1K necessita-se de aproximadamente nove vezes mais calor do que necessrio para causar uma variao de 1K na temperatura de um grama de ferro.
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  • Quanto maior o calor especfico e a massa, maior a quantidade de energia trmica que uma substncia pode armazenar. Exemplo: Ao cobrir o po com papel alumnio para aquec-lo em um forno, conseguimos remover o papel alumnio com os dedos mesmo que o po esteja muito quente. Uma pequena quantidade de papel alumnio possui uma baixa capacidade calorfica especfica e pequena massa (g) de modo que ao tocar o papel quente, apenas uma pequena quantidade de calor transferida para os dedos (que tm massa e capacidade calorfica especfica maiores).
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  • Exerccio: Determine a quantidade de calor que deve ser adicionada para elevar a temperatura de um copo de caf (250 ml) de 293,7 K a 368,8 K. Suponha que a gua e o caf tenham a mesma densidade (1,00 g/mL) e a mesma capacidade calorfica especfica. Dado: Capacidade calorfica especfica da gua: 4,184 J/g. K Exerccio: Em uma experincia, determinou-se que foram necessrios 59,8 J para mudar a temperatura de 25,0 g de etilenoglicol (usado como anticongelante em motores de automvel) em 1,00K. Calcule a capacidade calorfica especfica do etilenoglicol a partir desses dados.
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  • Resoluo: q = C.m.T Massa de caf ? d = m/v m = d.v m = (1,00 g/mL) (250 mL) m = 250 g T = T final T inicial T = 368,8 K 293,7 k T = 75,1 K q = (4,184 J/g. K) (250 g) (75,1 K) q = 79.000 J OU 79KJ Nmero positivo (+) Calor foi transferido para o caf A quantidade de calor do caf aumentou
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  • MEDIDA DO CALOR DE REAO O calor liberado ou absorvido por um sistema que sofre uma reao qumica determinado em aparelhos chamados calormetros. Estes variam em detalhes e so adaptados para cada tipo de reao que se quer medir o calor. No entanto, um calormetro constitudo de um recipiente com paredes adiabticas, contendo uma massa conhecida de parede gua, onde se introduz um sistema em reao. O recipiente provido de um agitador e de um termmetro que mede a variao de temperatura ocorrida durante a reao.
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  • CALORIMETRO
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  • O calor de reao pode ser medido: volume constante, num calormetro hermeticamente fechado presso constante, num calormetro aberto. Experimentalmente, verifica-se que existe uma pequena diferena entre esses dois tipos de medidas calorimtricas. Essa diferena ocorre porque, quando uma reao ocorre presso constante, pode haver variao de volume e, portanto, envolvimento de energia na expanso ou contrao do sistema. A variao de energia determinada a volume constante chamada de variao de energia interna, representada por E, e a variao de energia determinada presso constante chamada de variao de entalpia, representada por H.
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  • ENTALPIA E VARIAO DE ENTALPIA Lei da Conservao da Energia, Energia no pode ser criada e nem destruda, pode apenas ser transformada de uma forma para outra. Em vista disso, somos levados a concluir que a energia: liberada por uma reao qumica no foi criada, ela j existia antes, armazenada nos reagentes, sob uma outra forma; absorvida por uma reao qumica no se perdeu, ela permanece no sistema, armazenada nos produtos, sob uma outra forma.
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  • Cada substncia, portanto, armazena um certo contedo de calor, que ser alterado quando a substncia sofrer uma transformao. A liberao de calor pela reao exotrmica significa que o contedo total de calor dos produtos menor que o dos reagentes. A absoro de calor por uma reao endotrmica significa que o contedo total de calor armazenado nos produtos maior que o dos reagentes.
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  • ENTALPIA Entalpia a quantidade de energia contida em uma determinada substncia que sofre reao; ela calcula o calor de um sistema, a forma mais usada de expressar o contedo calorfico de um componente em uma reao qumica. A variao da Entalpia est na diferena entre a entalpia dos produtos e a dos reagentes, sendo assim, o calor de uma reao corresponde ao calor liberado ou absorvido em uma reao, e simbolizado por H. Numa reao, a diferena entre as entalpias dos produtos e dos reagentes corresponde variao de entalpia.
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  • VARIAO DE ENTALPIA H H = H p - H r onde: H p = entalpia dos produtos; H r = entalpia dos reagentes. Reao exotrmica H p < H r e, portanto, H < O (negativo). Reao endotrmica temos que H p > H r e, portanto, H > O (positivo).
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  • EQUAES TERMOQUMICAS E GRFICOS DE ENTALPIA As reaes, como sabemos, so representadas atravs de equaes qumicas. No caso da representao de uma reao que ocorre com variao de calor, importante representar: quantidade de calor envolvida, as condies experimentais em que a determinao dessa quantidade de calor foi efetuada. Isso porque o valor do calor de reao afetado por fatores como: a temperatura e a presso em que se processa a reao, o estado fsico variedades alotrpicas das substncias participantes dessa reao. A equao que traz todas essas informaes chama-se equao termoqumica.
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  • Exemplos de equaes termoqumicas: H 2(g) + Cl 2(g) => 2 HCl (g) + 184,9 kJ (25C, 1 atm) Segundo a equao, 1 mol de hidrognio gasoso reage com 1 mol de cloro gasoso formando 2 mols de cloreto de hidrognio gasoso, liberando 184,9 kJ de calor. Tal reao foi realizada temperatura de 25C e presso de 1 atm. Podemos tambm escrever essa equao termoqumica utilizando a notao H. Neste caso temos: H 2(g) + Cl 2(g) => 2 HCl (g), H = -184,9 kJ (25C, 1 atm) O valor numrico de H precedido do sinal negativo pois a reao exotrmica.
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  • Graficamente, a variao de entalpia que acompanha a reao representada por: H 2(g) + Cl 2(g) => 2 HCl (g), H = -184,9 kJ (25C, 1 atm)
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  • H 2(g) + I 2(g) + 51,8 kJ => 2 HI (g) (25C, 1 atm) Segundo a equao, quando, a 25C e 1 atm, 1 mol de hidrognio gasoso reage com 1 mol de iodo gasoso, formando 2 mols de iodeto de hidrognio gasoso, so absorvidos 51,8 kJ de calor. A equao tambm pode ser escrita utilizando a notao H: H 2(g) + I 2(g) => 2 HI (g) H = + 51,8 kJ (25C, 1 atm) O valor numrico de AH positivo, pois a reao endotrmica.
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  • H 2(g) + I 2(g) => 2 HI (g) H = + 51,8 kJ (25C, 1 atm) Graficamente a variao de entalpia dessa reao pode ser representada por:
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  • DETERMINAAO INDIRETA DO CALOR DE REAAO Vimos anteriormente que a variao de entalpia de uma reao determinada experimentalmente no calormetro. Existem, no entanto, maneiras indiretas de determinao da variao de entalpia de uma reao. Determinao atravs da definio de H J vimos que a variao de entalpia H de uma reao a diferena entre as entalpias dos produtos e reagentes de uma reao