Por John Brennan | Atualizado em 30 de agosto de 2022

Visão geral

Os calorímetros quantificam a mudança de calor em reações químicas ou transformações físicas, como o derretimento do gelo. Conhecer a constante do calorímetro é essencial para converter mudanças de temperatura em valores de energia e para interpretar com precisão a termodinâmica da reação. Este guia apresenta um método prático e reprodutível para calibrar um calorímetro simples de xícara de café.

Precauções de segurança

• Use jaleco, óculos de proteção e luvas.
• Nunca coloque cabelos, roupas ou materiais inflamáveis perto de chamas.
• Manuseie água quente (≈80°C) com cuidado para evitar queimaduras.

Materiais

• Calorímetro para xícara de café (dois copos de isopor, tampa, termômetro)
• Dois termômetros digitais ou de mercúrio
• Queimador de Bunsen, isqueiro, suporte para anéis, pinça, tela de arame
• Bico seco de 150mL
• Escala com precisão de 0,01g
• Cilindro graduado
• Software de planilha (Excel, OpenOffice Calc)
• Calculadora
• Água (temperatura ambiente e quente)
• Jaleco, óculos de proteção, luvas

Procedimento

1. Monte o calorímetro. Insira um copo de isopor no outro, feche a tampa e coloque um termômetro no copo através de um pequeno orifício na tampa.
2. Pese o calorímetro vazio. Registre a massa com aproximação de 0,01g.
3. Adicione 50mL de água fria. Utilize uma proveta graduada; o volume preciso não é crítico nesta fase. Pese novamente o calorímetro e calcule a massa de água a partir da diferença de peso.
4. Pese o copo. Registre sua massa. Adicione 50mL de água, pese novamente e calcule a massa da água quente.
5. Aqueça a água. Coloque o copo na tela de arame acima do bico de Bunsen, insira um termômetro e aqueça suavemente até ≈80°C, evitando fervura rápida.
6. Agite o calorímetro. Usando uma pinça, suspenda o segundo termômetro na água fria e mexa por quatro minutos. Registrar a temperatura a cada minuto; o valor deve ser estável.
7. Transfira água quente. No quarto minuto, desligue o queimador, anote a temperatura da água quente e despeje no calorímetro. Recoloque a tampa e continue mexendo.
8. Registre a temperatura. Meça a temperatura do calorímetro a cada 30 segundos durante os próximos cinco minutos.
9. Analisar dados. Importe os dados de tempo e temperatura para uma planilha. Trace as temperaturas pós-mistura (excluindo pontos de pré-mistura) e ajuste uma linha de tendência linear.
10. Extrapolar a temperatura final. Use a linha de melhor ajuste para estimar a temperatura em 5 minutos (Tf).
11. Calcule mudanças de temperatura.
    • Troca de água quente (ΔTh) =temperatura inicial da água quente – Tf.
    • Troca de água fria (ΔTc) =Tf – temperatura inicial da água fria.
12. Calcule mudanças de energia.
    • Energia perdida pela água quente:Qh =m_h × 4,184Jg⁻¹°C⁻¹ × ΔTh.
    • Energia obtida pela água fria:Qc =m_c × 4,184Jg⁻¹°C⁻¹ × ΔTc.
13. Determinar a energia do calorímetro. Q_cal =Qh – Qc.
14. Calcular constante. C_cal =Q_cal /ΔTc. O resultado, expresso em J°C⁻¹, é a constante do calorímetro.

Notas importantes

• A constante deve ser positiva; um valor negativo indica um erro de procedimento.
• Repita a calibração várias vezes e calcule a média dos resultados para minimizar erros aleatórios.
• Relate a média final ±2σ, onde σ é o desvio padrão das tentativas.

Referências

• Atkins, P. e Jones, L. (2008). Princípios Químicos:A Busca pelo Insight, 4ª Edição .
• Berniolles, S. (2011). Manual do Laboratório de Química 7L .