Calorimetria: o uso do calorímetro e os tipos de termômetro

Neste artigo veremos quem foi o criador do termômetro de mercúrio; os tipos de termômetro; o que é capacidade calorífica; calcular o calor e como se dá o funcionamento do calorímetro. Bem, a quantidade de calor liberada na combustão, pode ser medida por meio da variação de temperatura determinada em um equipamento chamado de calorímetro. Medidas de variação de calor em reações são fundamentais para o controle e aplicações tecnológicas das reações químicas. Essas medidas são feitas em calorímetros que medem a variação de temperatura do sistema reacional.

Para essa medida deve-se usar um termômetro adequado. O termômetro é um instrumento dotado de algum dispositivo que mede a variação de temperatura a partir do comportamento de seu material que varia, proporcionalmente, com a temperatura, Em geral, a propriedade aditada é a dilatação de líquidos, como o mercúrio e o álcool, mas existem termômetros que se baseiam na resistência elétrica de matais, que variam com a temperatura.

Tipos de termômetro

Antes de mostrarmos os tipos de termômetro, frisamos que foi o físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (aquele da escala °F) que inventou, em 1709, o termômetro a álcool e, em 1714, o termômetro de mercúrio. Agora, velamos os tipos de termômetro:

Termômetro a gás – usado para medir temperatura muito baixas. As variações de pressão indicam as correspondentes variações de temperatura, uma vez que o volume é mantido constante.

Termômetro digital – esses termômetros vêm substituídos os de mercúrio, pois ele facilita a leitura da temperatura e evitam a contaminação ambiental pelo mercúrio, que é metal tóxico.

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Termômetros digital infravermelhos - permitem a medição de temperatura em aplicações onde os sensores convencionais não podem ser usados. Especificamente em casos onde os objetos se encontram em movimento (rolos, máquinas em movimento ou correias transportadoras), ou ainda, onde as medições sem contato são necessárias devido a contaminação ou condições perigosas (por exemplo: tensão alta), onde as distâncias são muito grandes ou em situações onde a temperatura a ser medida é demasiadamente elevada para termopares ou outros sensores de contato.

Termômetro clínico – apresenta um tubo que possui um estreitamento logo acima do bulbo. Quando você coloca o bulbo na axila ou na boca, o líquido aquecido se expande e passa além do estreitamente. Você pode ler o termômetro mesmo depois de afastá-lo de seu corpo, porque o estreitamento dificulta a volta do líquido ao bulbo. Se você agitar o termômetro, o mercúrio voltará ao bulbo e ele estará pronto para ser usado novamente.

Alguns termômetros utilizam álcool com corante vermelho no lugar do mercúrio. São os termômetros de álcool.

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Como se dá o funcionamento do calorímetro?

O calorímetro é um aparelho que mede a quantidade de calor absorvida ou liberada em um processo químico ou físico. Ele possui um reservatório isolado termicamente, dentro do qual processa a reação química ou o processo físico, que se deseja medir a variação de quantidade de calor (Q). Essa variação é transmitida para um reservatório de água em contato direto com sistema em estudo ou para um sistema eletrônico. Por intermédio de um termômetro mede-se a variação de temperatura do sistema (Δt).

Calorímetro, pode ainda ser definido como sendo, um equipamento utilizado pelos químicos para determinar o calor específico dos materiais e a capacidade calorífica dos corpos, e, ainda, a energia liberada nas transformações químicas.

Capacidade calorífica

A capacidade calorífica dos materiais, de absorver calor, é a capacidade fundamental no estudo da Termodinâmica. Enquanto os metais são condutores térmicos do que a madeira, esta absorve mãos calor do que os metais. Por outro lado, o potencial calorífico da madeira (usado como lenha) é menor do que o de outros combustíveis.

A capacidade calorífica (C) de um material ou substância é definida como a quantidade de calor que o material ou substância absorve para aumentar a sua temperatura em 1 grau Celsius (°C).

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Calor específico e como se calcula a quantidade de calor (Q)?

A capacidade calorífica (C) para um copo de massa fixa é uma grandeza física, cuja determinação é dada em função da variação de temperatura a que ele está submetido. Então, para um copo, a quantidade de calor(Q), necessária para variar sua temperatura, pode ser dada pela equação matemática:

Q = C ^. Δt

A variação de temperatura (Δt) é calculada subtraindo o valor da temperatura temperatura inicial (t_i) do valor da temperatura final (t_f), ficamos:

Δt = t_f – t_i

O calor específico (c) de um material ou substância é a quantidade de calor necessária para variar a sua temperatura de 1 g em 1 °C.

 Por essa definição, percebe-se que quanto maior for o calor específico do material, maior será a quantidade de calor necessária para aquecê-lo. Dessa forma, a capacidade calorífica de um corpo é o produto de sua massa e seu calor específico, ou seja:

C = m ^. c

De acordo com dados experimentais, quanto maior o calor específico do material, maior será a temperatura necessária para aquecê-lo. Em consequência, mais lentamente ele se resfriará.

A definição de calor específico se originou de estudos termodinâmicos demonstrando que a quantidade de calor (Q), necessária para variar a temperatura (Δt) de um corpo, é proporcional ao seu calor específico (c) e à sua massa (m), sendo representada, matematicamente, pela equação:

Q = m ^. c ^. Δt

Para que possamos saber quantas calorias um material necessita para variar sua temperatura, medimos a variação de temperatura de outro material colocado em contato com o primeiro. É o que foi feito no calorímetro. Vejamos, agora, como calcular a quantidade de calor:

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Exemplo: 

Uma amostra de 500 g de água, que está na temperatura inicial de 27 °C é aquecida e sua temperatura é elevada para 48,8 °C. Qual a quantidade de calor produzida nesse processo? Dados: (c_água = 1 cal/g°C).

Colhendo as informações, temos:

Massa da água, m = 500 g;

Temperatura inicial do processo, ti = 27 °C;

Temperatura final, t_f = 48,8 °C.

Logo, calculando-se a variação de temperatura, temos:

Δt = t_f – t_i

 Δt = 48,8 °C – 27 °C = 21,8 °C

Considerando que a quantidade de calor, necessária para variar a temperatura (Δt) de um corpo, é Q = m . c . delta t, temos:

Q = m ^. c  ^. Δt 

Q = 500 g ^. 1 cal/g°C ^. 21,8 °C 

Q = 10900 cal ou 10,9 kcal.

Esperamos ter contribuído para seu aprendizado!

Um mol de abraço para você, volte sempre!