Capítulo 03. Calorimetria

04. São misturados, em um recipiente termica- mente isolado, 150 g de uma  substância à temperatura de 200 °C, com um bloco de gelo de massa 30 g, à temperatura de 0 °C. Sabendo-se que o equilíbrio térmico se estabelece a 0 °C, que todo o gelo derrete e que o calor latente de fusão do gelo é Lf = 80 cal/g, determine o calor específico da substância.

Resolução

Como o equilíbrio térmico se estabelece a 0 °C, o corpo cede calor sensível ao bloco de gelo que muda de estado, então, temos: QLgelo + QScorpo = 0

Ou seja:

m · Lf + mc · cc · (e ic ) = 0

30 · 80 + 150 · cc · (0 – 200) = 0

Resolvendo a equação, temos: cc = 0,08 cal /g · ºC

Observação – Os recipientes termicamente isolados, utilizados nas trocas de calor e denominados de calorímetros, geralmente participam das trocas de calor, embora na maioria das vezes essa participação seja pouco acentuada.

05. Um calorímetro contém 100 g de água à temperatura de 15 °C. Coloca-se no seu interior um bloco de cobre, de massa 400 g, cujo calor específico é 0,094 cal/g. °C e à temperatura inicial de 95 °C. Após atingido o equilíbrio térmico, a temperatura final da mistura é 35 °C. Determine o equivalente em água do calorímetro.

Resolução

Quando o bloco de cobre é colocado no interior do calorímetro, ele, a água e o bloco trocam calor até atingir o equilíbrio térmico; portanto, podemos escrever que:

Qcalorímetro + Qágua + Qcobre = 0

mcal · ccal · (e i )cal + mag · cag · (e i )ag +

mCu · cCu · (e i )cu = 0

 

Sendo: mcal · ccal = Ccal , temos:

Ccal · (35 – 15) + 100 · 1 · (35 – 15) +

400 · 0,094 · (35 – 95) = 0

20Ccal + 100 · 20 – 37,6 · 60 = 0

20Ccal + 2000 – 2 256

20Ccal = 256    Ccal = 12,8 cal /°C

12. Transformações

Observamos que a matéria, em geral, pode se apresentar em três fases distintas: sólida, líquida ou gasosa. São freqüentes as transformações entre elas, por exemplo: o gelo derretendo a 0 °C e formando água líquida ou mesmo a água fervendo a 100 °C e transformando-se em vapor de água.

No entanto, nem sempre a água ferve a 100 °C e o gelo se funde a 0 °C. Essas temperaturas de mudanças de fase dependem da pressão a que a substância está submetida. Por exemplo, na cidade de Santos, ao nível do mar, onde a pressão atmosférica é 1 atm, a água pura entra em ebulição a 100 °C; já no alto de uma montanha, a água entra em ebulição a uma temperatura menor que 100 °C, pois a pressão, no alto da montanha, é menor que a pressão ao nível do mar (Santos).

A temperatura de mudança de fase de uma substância se altera quando variamos a pressão a que ela está submetida. Vamos analisar a influência da pressão na mudança de fase de uma substância pura.

13. Diagrama de Fase

A influência da pressão na temperatura de mudança de estado físico de uma substância pura é normalmente representada em um diagrama (p X ), chamado de diagrama de fase.


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  Capítulo 03. Calorimetria 33