Uma amostra de
de naftaleno (
), é queimado numa bomba calorimétrica (adiabática) a V constante. Durante a reação a temperatura da água elevou-se de
até
. A massa de água que rodeia a bomba calorimétrica é 2000 g e a capacidade calorífica da bomba é
. Calcule o calor de combustão do naftaleno em KJ.
Passo 1
O enunciado fornece os seguintes dados e pede que calculemos o calor de combustão do naftaleno em kJ:
Pergunta principal: qual o calor de combustão do naftaleno, expresso em kJ? (usaremos os dados acima sem perguntar nada extra)
Passo 2
Conceito e fórmula que vamos usar (explicação didática):
- Num experimento com bomba calorimétrica isolada, o calor liberado pela combustão do combustível é absorvido pela água e pela própria bomba. Assim, a soma algébrica dos calores é zero:
- Portanto o calor da combustão (energia liberada pelo naftaleno) vale, em módulo,
- Fórmulas usadas:
- Para a água (massa
, calor específico , variação de temperatura ):
Aqui é em gramas, em e em ; o resultado fica em joules. - Para a bomba (capacidade térmica
, variação de temperatura ):
Aqui já está em , portanto sai em joules. - Para a água (massa
- Observação sobre sinais:
e são positivos porque a água e a bomba aquecem (ganham energia). O será negativo (reação exotérmica), por isso o sinal negativo na fórmula final.
Passo 3
Calculemos a variação de temperatura
:
Expliquei: subtraímos as temperaturas para obter quanto a temperatura subiu; usamos essa mesma
tanto para a água quanto para a bomba.
Passo 4
Calcule o calor absorvido pela água usando
.
- Identificando as variáveis:
-
, -
, -
.
-
- Cálculo:
Faço a conta passo a passo:
Portanto
Passo 5
Calcule o calor absorvido pela bomba usando
.
- Identificando as variáveis:
-
, -
.
-
- Cálculo:
Passo 6
Some os calores absorvidos (água + bomba) para obter o total absorvido pelo sistema calorimétrico:
Arredondando razoavelmente,
Passo 7
Agora obtemos o calor da combustão (energia liberada pelo naftaleno). Pelas equações de conservação de energia:
Convertendo para kilojoules (dividir por
):
Arredondando com sentido prático (dados originais têm 3–4 algarismos significativos), usamos duas casas decimais:
Explicação: o sinal negativo indica que a reação liberou calor (exotérmica).
Passo 8
(Segundo resultado útil — molaridade do calor de combustão; explico porque pode interessar)
- Frequentemente o “calor de combustão” é dado por mol de combustível. Calculamos o calor por mol de naftaleno.
- Primeiro calculamos a massa molar do naftaleno
: - massa atômica aproximada:
, .
- massa atômica aproximada:
- Número de mols na amostra:
- Calor de combustão por mol:
Arredondei para quatro algarismos significativos no resultado molar.
Resposta
Calor liberado pela amostra:
Calor de combustão molar do naftaleno:
Calor de combustão molar do naftaleno: