Quando
de metilhidrazina sofrem combustão dentro de uma bomba calorimétrica a volume constante, a temperatura do calorímetro aumente de
para
. Qual é o calor de reação para a combustão do composto
nesse calorímetro? (dado: capacidade calorífica do calorímetro é
). Diga se a reção é exotérmica ou endotérmica.
Passo 1
O enunciado pede que a gente determine o calor de reação (energia trocada) da combustão do composto
medido nesse calorímetro, e que diga se a reação é exotérmica ou endotérmica. As informações fornecidas são: \n
- massa do combustível:
. \n - temperatura inicial do calorímetro:
. \n - temperatura final do calorímetro:
. \n - capacidade calorífica do calorímetro:
. \n
Nada mais foi pedido explicitamente, então vamos calcular primeiro o calor absorvido pelo calorímetro e daí o calor da reação; depois, se for útil, podemos converter para base molar.
Passo 2
Explicação conceitual (modo de pensar): \n
- Em uma bomba calorimétrica a volume constante a reação libera ou absorve calor que é totalmente trocado com o calorímetro. \n
- A capacidade calorífica do calorímetro
é a quantidade de energia (em ) que o calorímetro absorve quando sua temperatura aumenta de . Ou seja, é definida por , onde é o calor ganho pelo calorímetro e a variação de temperatura. \n - Da relação acima obtemos a fórmula prática usada aqui:
onde . \n - Sinal: se o calorímetro absorve calor (
), a reação liberou esse calor, logo o calor da reação é . Isso segue a convenção de que calor liberado pela reação é negativo (exotérmico) e calor absorvido é positivo (endotérmico).
Passo 3
Calcular a variação de temperatura
: \n
Passo 4
Calcular o calor absorvido pelo calorímetro usando
: \n
Agora multiplico:
. Portanto
(Interpretando: o calorímetro absorveu
ao aumentar
.)
Passo 5
Determinar o calor da reação correspondente à combustão dos
: \n
pela convenção de sinais,
Ou seja, a reação liberou
— isto é, é exotérmica.
Passo 6
Se quisermos expressar o calor por mol de
, precisamos calcular a massa molar do composto. Vou usar massas atômicas aproximadas (comuns em química básica): \n
- carbono:
. \n - hidrogênio:
. \n - nitrogênio:
. \n
A massa molar de
é
Passo 7
Calcular numericamente a massa molar: \n
. \n
. \n
Somando:
Passo 8
Calcular o número de mols contidos em
: \n
Passo 9
Calcular o calor molar (por mol) dividindo o calor da amostra pelo número de mols: \n
Com arredondamento em algarismos significativos (três algarismos significativos, compatível com os dados), podemos escrever
.
Passo 10
Interpretação do sinal: o calor da reação é negativo, portanto a combustão foi exotérmica — a reação liberou energia para o calorímetro.
Resposta
Calor liberado pela combustão de
de
no calorímetro:
. \n
Calor de combustão por mol de :
. \n
A reação é exotérmica.
Calor de combustão por mol de
A reação é exotérmica.