- Calcule o calor total envolvido ao transformar 70 g de etanol líquido (
) desde
até seu estado sólido a
. Os dados relevantes estão na tabela abaixo.
Ponto de
fusão
Ponto de
ebulição
-114
78
5,02
38,69
0,97
2,44
1,70
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| -114 | 78 | 5,02 | 38,69 | 0,97 | 2,44 | 1,70 |
Passo 1
O que o enunciado pede e quais dados ele dá.
- Pede: calcular o calor total envolvido ao transformar
de etanol líquido em etanol sólido a . Ou seja, quanto de calor é removido no processo (valor e sinal). - Dados (peguei estes valores da tabela enviada):
- Ponto de fusão:
. - Ponto de ebulição:
(não será usado neste problema porque a amostra começa em , abaixo da ebulição). - Calor latente de fusão:
. - Calor latente de vaporização:
(não será usado). - Calor específico do sólido:
. - Calor específico do líquido:
. - Calor específico do gás:
(não será usado). - Massa:
. - Temperatura inicial:
(estado líquido). - Temperatura final:
(estado sólido).
- Ponto de fusão:
Passo 2
Plano da transformação (sequência de passos térmicos que ocorrem)
Como a amostra começa líquida a
e termina sólida a
, a sequência é:
- Resfriar o etanol líquido de
até o ponto de fusão . - Solidificar (congelar) o etanol a
– aqui entra o calor latente de fusão. - Resfriar o etanol sólido de
até .
O calor total
será a soma das três contribuições (todas serão negativas, porque calor é removido do sistema).
Passo 3
Calcular a massa molar do etanol (para usar o calor latente dado em
)
- Fórmula molecular:
. - Massa atômica aproximada:
, , (tudo em ). - Calcular:
Arredondando razoavelmente:
Passo 4
Resfriamento do líquido de
até
(calor sensível)
Usamos a fórmula do calor sensível:
onde
é a massa,
o calor específico e
.
Aqui:
Substituindo:
Calcule passo a passo:
Com sinal:
Passo 5
Fusão (congelamento) a
: calor latente de fusão
A quantidade de matéria (número de mols) é
Calcule:
O calor associado à mudança de fase (liquido
sólido) é
Com
:
Como é solidificação (liberação de calor), o sinal é negativo:
(Alternativa equivalente: converter
para
e multiplicar por
.)
Passo 6
Resfriamento do sólido de
até
(calor sensível do sólido)
Usamos novamente
com
.
Aqui:
Substituindo:
Calcule:
Com sinal:
Passo 7
Somar todas as contribuições para achar o calor total
Somando em joules (para consistência):
Interpretação: o valor é negativo, então
de calor foram removidos do etanol para levá‑lo de
líquido até
sólido.