Considere a queima de uma amostra de uma barra de cereal industrializada em uma bomba calorimétrica adiabática. A queima é realizada por combustão em atmosfera saturada de oxigênio e disparada por uma descarga elétrica por meio da amostra colocada em um recipiente especial. A bomba contém 500 g de água (cágua= 1 cal/g°C) e o arcabouço metálico da bomba calorimétrica pesa 7.500 g (cmetal= 0,17 cal/g°C). A combustão de uma amostra de 1,5 g de amostra provoca um aumento da temperatura de 20,0 para 23,3 °C cal/g°C. Considerando essas condições experimentais, responda: I - Qual é a variação de H na água? II - Qual é a variação de H no arcabouço metálico? III - Qual é a quantidade total de H liberada pela amostra? IV - Qual é a variação de energia interna da amostra?
Soluções para a tarefa
Resposta:
qP=ΔHágua= 1650 cal; qP=ΔHmetal 4207,5 cal; =ΔHtotal = -5857,5 cal; U= -5857,5 cal.
Explicação:
A quantidade de calor liberado a uma pressão constante equivale à variação de H. Água e arcabouço metálico estão separados por uma barreira diatérmica, de modo que o aumento de temperatura no equilíbrio é igual para ambos. Entretanto, em função dos valores de Cp de um e do outro, a variação de H (isto é a quantidade de calor absorvida da câmara de combustão) é diferente. A variação de H é positiva em ambos casos (1.650 e 4.207,5 cal). A liberação de calor pela combustão da amostra implica em uma perda de H, logo, a câmara de combustão cede calor (sinal negativo) para o entorno. Pelo Primeiro princípio da termodinâmica, a quantidade liberada de H pela câmara deverá ser igual à quantidade de H incorporada pelo sistema água-arcabouço, isto é, 1.650 + 4.207,5 = 5.857,5 cal. O processo adiabático ocorre a pressão e volume constantes. Pelo Primeiro princípio, dH = dU + RTdn, em que n é a massa de gás produzido. Essa quantidade é mínima (aproximadamente 0,4 mol ou 10-12 g de água e dióxido de carbono), se comparada com a massa do resto do sistema (8 kg), de modo que se pode considerar que o processo ocorre a volume constante. Logo, -dH = -dU, ambos com sinal negativo para a amostra.