Calorímetro e Questões envolvendo Calorimetria

Esse é um capítulo extremamente específico.

Nosso objetivo aqui é saber trabalhar com uma questão que pede a quantidade de calor envolvida em uma reação química.

Existem dois grandes exemplos de questão que vamos aprender nesse capítulo, sendo o segundo muito mais raro que o primeiro.

Portanto, saiba filtrar o que é importante para você na sua prova.

1. O que é um calorímetro?

Vamos começar do começo: você sabe o que é um calorímetro?

Ele é um aparelho usado para medir a quantidade de calor trocado em um processo físico ou químico.

Esses processos podem ser uma reação que libera calor ou a dissolução de uma substância.

Mas, pra isso funcionar direitinho, o calorímetro precisa funcionar como um sistema isolado, lembra disso?

Em uma situação ideal, as paredes do calorímetro são adiabáticas.

Ou seja, elas não permitem que o calor escape ou entre.

Com isso, a troca de calor acontece somente entre os componentes do sistema interno: solução, reagentes, recipiente... mas nada com o meio externo.

Esse comportamento é explicado pela LEI ZERO DA TERMODINÂMICA.

2. Lei Zero da Termodinâmica 🌡️

A Lei Zero da Termodinâmica é simples, mas super poderosa. Ela diz o seguinte:

"Se o corpo A está em equilíbrio térmico com o corpo B, e o corpo B está em equilíbrio térmico com o corpo C,

então A e C também estão em equilíbrio entre si."

Na prática, isso significa que tudo dentro do calorímetro tende a atingir a mesma temperatura, porque está em equilíbrio.

E é exatamente por isso que a gente pode aplicar a ideia de:

Calor cedido = Calor recebido, ou seja, Calor liberado = Calor absorvido

Isso é o que torna o calorímetro tão útil para calcular quantidades de energia!

3. Como o calorímetro "mede" o calor trocado?

A ideia é bem simples: tudo que acontece ali dentro provoca uma variação de temperatura, certo?

Essa variação de temperatura é usada para calcular a quantidade de calor envolvida. E quem recebe esse calor?

• A solução aquosa (ou a substância usada)
• O próprio calorímetro (caso não seja desprezível)

A equação geral que usamos é:

Qreação = Qsolução + Qcalorímetro

Calma, vamos entender com mais detalhes.

Vamos imaginar que temos uma solução dentro de um sistema isolado e, na solução, nós colocamos um calorímetro, para medir a quantidade de calor.

Essa solução sofreu uma reação e liberou muita energia.

Quando ela libera essa energia, a temperatura da solução que está dentro do sistema tende a aumentar, pois a solução absorve o que foi liberado.

Só que raciocine: você pode afirmar que a solução absorveu toda a energia que a reação liberou?

❌ NÃO!

Se existem duas coisas dentro do sistema, a energia liberada se divide entre eles dois.

Então parte da energia liberada pela reação é absorvida pela solução (aumentando a temperatura dela)

e a outra parte é absorvida pelo calorímetro (que vai aferir a variação de temperatura e calcular quanto de energia foi liberado pela reação!)

Portanto, se o sistema possui calorímetro: Qreação = Qsolução + Qcalorímetro.

Agora existem situações em que a questão desconsidera o calor que é absorvido pelo calorímetro

e considera que toda a energia liberada pela reação é absorvida pela solução do sistema.

Quando isso acontece (calor do calorímetro desprezível), nós devemos usar apenas:

Qreação = Qsolução

Teoria entendida, vamos ver como isso funciona nas questões?

4. Exemplos resolvidos

📅 Exemplo 1: Calor do calorímetro desprezível

Uma fábrica utiliza a queima de um combustível para liberar energia e transformar a água em vapor.

O consumo de vapor de água, que se inicia a 20 °C, é de 200 Kg/h.

Sabendo que:

• O calor de vaporizacão da água é 540 cal/g
• O combustível libera 10 kcal/g ao queimar
• A fábrica funciona por 12 horas

Calcule a quantidade de combustível necessária para manter a fábrica funcionando.

📝 Resolução:

Primeiro, vamos calcular o total de água vaporizada:

• 200 kg/h × 12 h = 2400 kg = 2.400.000 g

Agora calculamos o calor total necessário:

• Q = m · Lv = 2.400.000 × 540 = 1.296.000.000 cal
• Em kcal: 1.296.000.000 ÷ 1000 = 1.296.000 kcal

Agora, vamos calcular a massa de combustível:

• Cada grama libera 10 kcal → m = ENERGIA TOTAL LIBERADA / ENERGIA LIBERADA POR GRAMA
• m = 1.296.000 ÷ 10 = 129.600 g = 129,6 kg

✅ Resposta: 129,6 kg de combustível são necessários.

5. Conclusão do capítulo

O calorímetro é uma ferramenta essencial para entender a quantidade de calor envolvido em processos químicos.

A partir da Lei Zero da Termodinâmica, conseguimos aplicar a ideia de que o calor não se perde, apenas se transfere: o que um sistema libera, outro recebe.

E é com base nisso que montamos as equações para resolver problemas térmicos, seja com ou sem considerar o calorímetro.

No próximo capítulo, vamos falar sobre trabalho nas reações químicas e aprender a identificar as situações em que ele aparece na Termoquímica!