Calorímetros medem o calor de uma reação química ou uma mudança física, como o gelo derretendo em água líquida. O calor da reação é importante para compreender a termodinâmica das reações químicas e prever que tipos de reações ocorrerão espontaneamente. Um calorímetro básico é muito fácil de construir - tudo que você precisa é um par de xícaras de café de isopor, uma tampa e um termômetro. Antes de usar seu calorímetro, no entanto, você precisa calibrá-lo e determinar sua constante de calorímetro. Para encontrar a constante do calorímetro para o seu dispositivo, siga as etapas descritas abaixo.
Coloque jaleco, óculos e luvas.
Monte o calorímetro da xícara de café inserindo uma xícara de café de isopor na outra e fechando a tampa. Pode parecer simples, mas se estiver devidamente calibrado, este calorímetro de xícara de café pode ser surpreendentemente útil para encontrar calores de reação.
Meça aproximadamente 50 mL de água fria usando o cilindro graduado. Não há necessidade de ser exato neste estágio.
Meça o peso do calorímetro de sua xícara de café vazio com a aproximação de 0,01 grama (ou o mais próximo que puder). Agora, adicione os 50 mL de água fria, recoloque a tampa e pese novamente o calorímetro. A diferença entre os pesos vazio e cheio é o peso da água fria. Registre este valor (com aproximação de 0,01 grama).
Pese o copo e registre seu peso (com aproximação de 0,01 grama). Adicione aproximadamente 50 mL de água e pese novamente o copo. A diferença entre os pesos vazio e cheio é o peso da água quente. Registre este valor (com aproximação de 0,01 grama).
Usando o cavalete e a braçadeira, prenda o copo de forma que ele fique sobre a tela de gaze de arame sobre o bico de Bunsen. A tela de tela de arame evita que a chama entre em contato direto com o vidro. Posicione um dos dois termômetros no copo e prenda-o com uma braçadeira de modo que fique suspenso na água, mas não toque o fundo do copo.
Acenda o bico de bunsen e aqueça suavemente a água quente a cerca de 80 graus C. É melhor aquecê-lo lentamente do que aquecê-lo muito rapidamente e levá-lo para ferver.
Insira o segundo termômetro no calorímetro através da tampa. Mexa a água dentro do calorímetro por quatro minutos e registre sua temperatura em intervalos de um minuto com aproximação de 0,1 graus C. A temperatura deve permanecer mais ou menos constante; se não estiver, deixe a água fria descansar por pelo menos mais dois minutos.
Pouco antes do quinto minuto, desligue o bico de Bunsen, se ainda não o tiver feito, e registre a temperatura da água quente e da água fria. Deite rápida e cuidadosamente toda a água quente no calorímetro, depois coloque a tampa e volte a mexer com o termômetro.
Meça e registre a temperatura no calorímetro em intervalos de 30 segundos até que um total de cinco minutos tenha decorrido.
Abra o Excel ou outro programa de planilha. Insira o tempo como os valores X e as temperaturas como os valores y e represente graficamente seus dados. Use o programa de planilha para encontrar a linha que melhor se ajusta aos dados após adicionar a água quente. Não inclua os pontos de dados de antes de adicionar a água quente em sua linha de melhor ajuste. A linha de tendência deve ser linear.
Anote a linha de melhor ajuste de seu gráfico. Conecte 5 minutos para xe calcule y (a temperatura extrapolada em 5 minutos). Chamaremos essa temperatura extrapolada de Tf.
Subtraia Tf da temperatura da água quente imediatamente antes de adicioná-la ao calorímetro. Isso lhe dará a mudança na temperatura da água quente, Th. Multiplique Th por 4,184 e a massa da água quente para descobrir quanta energia a água quente perdeu em joules.
Subtraia a temperatura da água fria de Tf; isso lhe dará Tc, a mudança de temperatura da água fria. Multiplique pela massa da água fria e 4,184 para encontrar a quantidade de energia ganha pela água fria em joules.
Subtraia a energia ganha pela água fria da energia perdida pela água quente. Isso lhe dará a quantidade de energia ganha pelo calorímetro.
Divida a energia ganha pelo calorímetro por Tc (a mudança de temperatura da água fria). A resposta final é a constante do seu calorímetro.
Coisas que você precisa
- Calorímetro de xícara de café
- 2 termômetros
- bico de Bunsen
- Isqueiro
- Copo seco de 150 mL
- Escala
- Cilindro graduado
- Programa de planilha, como Excel ou OpenOffice
- Água
- Mostruário de aneis
- Braçadeira
- Tela de gaze de arame
- Calculadora
- Bata de laboratório
- Óculos
- Luvas
Pontas
A constante do calorímetro nunca pode ser negativa - se for, você cometeu um erro... Tente realizar várias tentativas e calcular a média dos resultados dessas tentativas para reduzir o erro. A incerteza em sua média final será mais / menos 2x o desvio padrão.
Avisos
SEMPRE seja extremamente cuidadoso ao trabalhar com uma chama aberta. Nunca permita que seu cabelo, roupas ou quaisquer materiais inflamáveis cheguem perto do fogo. Apague o queimador quando não estiver mais em uso. Tenha muito cuidado ao trabalhar com água quente; água a 80 graus C pode causar queimaduras ou escaldaduras se você derramar na pele.