ROTEIRO DE AULA PRÁTICA – TERMODINÂMICA

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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA: TERMODINÂMICA
Unidade: U1 – INTRODUÇÃO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA
Aula: A1 – CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES EM TERMODINÂMICA

Tempo previsto de execução de aula prática: 2h

OBJETIVOS

Objetivo Geral da Aula Prática:
A temperatura é uma grandeza que representa a medida do grau de agitação térmica das moléculas de um corpo, e sua medição precisa é fundamental em diversas aplicações científicas e industriais. Esta prática tem por objetivo que o aluno aprenda a estabelecer a relação entre um termômetro a álcool e um termoscópio, utilizar diferentes escalas termométricas, e aplicar esses conceitos na calibração de termômetros. Além disso, o aluno será capaz de coletar e interpretar dados experimentais, construir gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida, e entender a importância dessas medições em contextos reais de engenharia e ciências aplicadas.

SOLUÇÃO DIGITAL (OBRIGATÓRIO SE HOUVER – APARECER PARA TODOS)

Infraestrutura mínima necessária para execução:
O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno. Recomenda-se utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7, ambos atualizados. Além disso, é essencial uma conexão de internet estável, com um bom teste de velocidade.

EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI) (CAMPO OBRIGATÓRIO – APARECER PARA TODOS)

Por se tratar de uma prática simulada, não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual.
Entretanto, durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual, o aluno precisará equipar os EPIs.

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS (OBRIGATÓRIO – TODOS)

Atividade proposta:

Determinação da Equação Termométrica

Procedimentos para a realização da atividade:

1. Segurança do Experimento:
   Equipar EPIs virtuais (jaleco, óculos, máscara e luvas).
2. Marcando a Altura da Coluna Líquida I:
   • Coloque o termoscópio na posição vertical, com o bulbo para baixo, ao lado da régua.
   • Marque com a caneta a altura da coluna líquida.
   • Anote a altura h1h_1h1​ na Tabela 1.
3. Medindo a Altura h2h_2h2​:
   • Use a régua milimétrica para medir a altura h2h_2h2​, da parte superior do bulbo até a primeira marcação.
   • Anote o valor na Tabela 1 para o estado térmico ambiente.
4. Medindo a Temperatura Ambiente:
   • Utilize o termômetro a álcool para medir a temperatura ambiente.
   • Anote o valor na Tabela 1.
   • Use o altímetro para encontrar a altitude do ambiente e anote.
5. Marcando a Altura da Coluna Líquida II:
   • Insira o bulbo do termoscópio no banho de gelo e aguarde até que a coluna líquida estabilize (equilíbrio térmico).
   • Retire o termoscópio e marque a altura da coluna líquida com a caneta.
   • Meça a altura h1h_1h1​ da segunda marcação e anote na Tabela 1 para o ponto do gelo.
6. Marcando a Altura da Coluna Líquida III:
   • Mantenha o bulbo do termoscópio no vapor da água em ebulição até atingir o equilíbrio térmico.
   • Retire o termoscópio do vapor e marque a altura da coluna líquida.
   • Meça a altura h3h_3h3​ da terceira marcação e anote na Tabela 1 para o ponto do vapor.
7. Medindo a Temperatura do Ponto do Vapor:
   • Utilize o termômetro a álcool para medir a temperatura do ponto do vapor.
   • Anote o valor na Tabela 1.
8. Analisando os Resultados:
   • Complete a Tabela 1 com os dados obtidos.
   • Verifique se as marcas feitas coincidem com as marcas de fábrica do termoscópio.
   • Construa um gráfico da altura ($h$) em função da temperatura (°C) utilizando o Teorema de Tales.
   • Determine o coeficiente linear e angular da equação que representa essa relação.
   • Ferva a água sem atingir a ebulição, insira o termoscópio na água, marque e meça a altura da coluna.
9. Utilizando a equação obtida:
   • Utilize a equação obtida para calcular a temperatura da água e compare com a medida do termômetro a álcool, identificando possíveis discrepâncias.

CHECKLIST

Preparação Inicial:

• Acessar o Laboratório Virtual (VirtuaLab).
• Equipar EPIs virtuais (jaleco, óculos, máscara e luvas).

Altura da Coluna Líquida I:

• Colocar termoscópio na vertical.
• Marcar altura da coluna líquida.

Medir Altura h2h_2h2​:

• Medir altura h2h_2h2​ com régua.
• Anotar valor na Tabela 1.

Temperatura Ambiente:

• Medir temperatura ambiente.
• Anotar valor na Tabela 1.
• Medir altitude com altímetro.

Altura da Coluna Líquida II:

• Colocar termoscópio no banho de gelo.
• Marcar altura da coluna líquida.
• Medir altura h1h_1h1​ e anotar na Tabela 1.

Temperatura do Ponto do Gelo:

• Medir temperatura do ponto do gelo.
• Anotar valor na Tabela 1.

Despejar Água no Béquer:

• Adicionar 50 mL de água ao béquer.
• Aquecer até ebulição.

Altura da Coluna Líquida III:

• Colocar termoscópio no vapor.
• Marcar altura da coluna líquida.
• Medir altura h3h_3h3​ e anotar na Tabela 1.

Temperatura do Ponto do Vapor:

• Medir temperatura do ponto do vapor.
• Anotar valor na Tabela 1.

Avaliação dos Resultados:

• Completar Tabela 1.
• Verificar marcas feitas com marcas de fábrica.
• Construir gráfico $h\times T$.
• Determinar coeficientes linear e angular.
• Fervura parcial da água, marcar altura, calcular temperatura, e comparar com termômetro a álcool.

RESULTADOS

Resultados de Aprendizagem:
Ao final da prática, o aluno deverá compreender os conceitos de equação termométrica e a relação entre diferentes escalas de temperatura. Será capaz de executar procedimentos experimentais no simulador, realizar medições precisas, coletar e registrar dados, e analisar esses dados para construir gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida. Além disso, aprenderá a aplicar esses conceitos na calibração de termômetros, identificar possíveis fontes de erro e discutir a precisão dos resultados. A prática também reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório.

ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR

Descrição orientativa sobre a entrega da comprovação da aula prática:
Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da equação termométrica. O relatório deve incluir uma introdução, explicando o objetivo da prática e a importância da equação termométrica na calibração de termômetros e em processos industriais. Na seção de materiais e métodos, liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador, como termoscópio, termômetro a álcool, régua milimétrica e banho de gelo, e descreva os procedimentos realizados, desde a marcação da altura da coluna líquida até a medição das temperaturas nos diferentes pontos. Na parte de resultados, apresente os dados coletados em tabelas, incluindo as alturas das colunas líquidas e as temperaturas medidas. Na discussão, analise os resultados obtidos, construindo gráficos que representem a relação entre temperatura e altura da coluna líquida, e discuta as possíveis causas das diferenças. Na conclusão, faça uma síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais.

Além disso, responda aos seguintes questionamentos:

1. Por que é importante marcar a altura da coluna líquida do termoscópio em diferentes pontos de temperatura?
2. Explique a razão para usar o banho de gelo no experimento.
3. Como a medição da altura da coluna líquida pode influenciar nos resultados do experimento?
4. Qual é a fórmula utilizada para determinar a relação entre a altura da coluna líquida e a temperatura, e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula?
5. **Qual foi a diferença entre as temperaturas medidas

NOME DA DISCIPLINA: TERMODINÂMICA

Unidade: U1_INTRODUÇÃO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA

Aula: A2_ OBTENÇÃO DAS PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS

Tempo previsto de execução de aula prática: 2h

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:
A pressão de vapor indica o comportamento do líquido em diferentes temperaturas, e a entalpia de vaporização quantifica a energia necessária para transformar o líquido em vapor, ambos fundamentais para aplicações industriais como destilação e refrigeração. Esta prática simulada tem por objetivo que os alunos aprendam a executar procedimentos experimentais, coletar e interpretar dados, calcular a pressão de vapor e a entalpia de vaporização, e compreender a importância dessas medições em contextos reais de engenharia.

SOLUÇÃO DIGITAL (OBRIGATÓRIO SE HOUVER – APARECER PARA TODOS)

Infraestrutura mínima necessária para execução:
O Laboratório Virtual é acessado via AVA do aluno. Recomenda-se utilizar o Google Chrome para Windows 10 e o Mozilla Firefox para Windows 7, ambos atualizados. Além disso, é essencial uma conexão de internet estável, com um bom teste de velocidade.

EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI) (CAMPO OBRIGATÓRIO – APARECER PARA TODOS)

Por se tratar de uma prática simulada, não são necessários equipamentos de proteção individual para o uso do ambiente virtual.
Entretanto, durante os procedimentos práticos dentro do laboratório virtual, o aluno precisará equipar os EPIs.

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS (OBRIGATÓRIO – TODOS)

Procedimento/Atividade
Atividade proposta: Determinação da Pressão de Vapor e da Entalpia de Vaporização da Água

Procedimentos para a realização da atividade:

Segurança do Experimento:

• No ambiente virtual, o aluno deve equipar o jaleco e os óculos de proteção acessando o armário de EPIs.

Preenchendo o Béquer e o Condensador:

• Preencher o béquer e o condensador adaptado com água destilada.
• Conectar o condensador ao banho termostático.

Aguardando o Resfriamento:

• Adicionar gelo ao banho termostático e esperar que a temperatura atinja 0 °C.
• Observar a redução da temperatura no painel de controle do simulador.

Posicionando a Régua Graduada:

• Posicionar a régua graduada próximo ao condensador para visualizar o nível da água dentro do condensador e a altura marcada na régua.

Aquecendo o Banho Termostático:

• Aumentar a temperatura do banho termostático gradualmente e observar a variação do volume do condensador adaptado à medida que a temperatura aumenta.
• Registrar os dados de temperatura e altura do líquido (Δh_líqu) e altura do gás (Δh_gás) em diferentes temperaturas.

Medindo a Pressão Atmosférica:

• Utilizar o barômetro digital para medir a pressão atmosférica e registrar o valor.

Calculando os Resultados:

• Utilizar a equação V=πr2ΔhgaˊsV = \pi r^2 \Delta h_{gás}V=πr2Δhgaˊs​ para calcular o volume do gás em cada temperatura.
• Calcular a pressão parcial do ar parp_{ar}par​ utilizando a equação: par=patm−ρgΔhgaˊsp_{ar} = p_{atm} – \rho g \Delta h_{gás}par​=patm​−ρgΔhgaˊs​
• Calcular a quantidade de ar constante durante o experimento com a equação: par=par⋅VarRTp_{ar} = \frac{p_{ar} \cdot V_{ar}}{RT}par​=RTpar​⋅Var​​
• Determinar a pressão de vapor usando a equação: pv=patm−par−ρgΔhlıˊqup_v = p_{atm} – p_{ar} – \rho g \Delta h_{líqu}pv​=patm​−par​−ρgΔhlıˊqu​

Analisando os Resultados:

• Preencher a tabela de dados experimentais com as medições realizadas.
• Traçar um gráfico de ln⁡(pv)\ln (p_v)ln(pv​) em função de T−1T^{-1}T−1 e encontrar a equação da reta para determinar a entalpia de vaporização experimental (ΔHv\Delta H_vΔHv​).

DADOS EXPERIMENTAIS

CHECKLIST

Preparação Inicial:

• Acessar o Laboratório Virtual (VirtuaLab).
• Equipar EPIs virtuais (jaleco, óculos, máscara e luvas).

Preenchimento:

• Preencher béquer e condensador com água destilada.
• Conectar condensador ao banho termostático.

Resfriamento:

• Adicionar gelo ao banho termostático.
• Atingir 0 °C no banho termostático.

Posicionamento:

• Posicionar régua graduada próximo ao condensador.

Aquecimento e Observação:

• Aumentar a temperatura do banho termostático.
• Registrar altura do líquido e altura do gás em diferentes temperaturas.

Medida de Pressão:

• Medir pressão atmosférica com barômetro digital.

Cálculos:

• Calcular volume do gás.
• Calcular pressão parcial do ar.
• Determinar quantidade de ar.
• Calcular pressão de vapor.

Análise de Resultados:

• Preencher tabela de dados experimentais.
• Traçar gráfico da relação entre a pressão de vapor e a temperatura.
• Determinar a entalpia de vaporização experimental.

RESULTADOS (OBRIGATÓRIO – APARECER PARA TODOS)

Resultados de Aprendizagem:
Ao final da prática, você deverá compreender os conceitos de pressão de vapor e entalpia de vaporização, entendendo como a pressão de vapor varia com a temperatura e a energia necessária para a vaporização. Você será capaz de executar procedimentos experimentais no simulador, realizando medições precisas, coletando e registrando dados, analisando esses dados para calcular a pressão de vapor e a entalpia de vaporização, e interpretando os resultados. Além disso, aprenderá a aplicar os resultados em processos industriais como destilação e refrigeração, identificando possíveis fontes de erro e discutindo a precisão dos resultados. A prática também reforçará a importância do uso de EPIs para garantir a segurança em laboratório.

ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR (NÃO OBRIGATÓRIO – APARECER PARA TODOS)

Descrição orientativa sobre a entrega da comprovação da aula prática:
Você deverá elaborar um relatório detalhado sobre a prática de determinação da pressão de vapor e da entalpia de vaporização. O relatório deve incluir uma introdução, explicando o objetivo da prática e a importância da pressão de vapor e da entalpia de vaporização em processos industriais. Na seção de materiais e métodos, liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador, como banho termostático, barômetro e condensador, e descreva os procedimentos realizados, desde o preenchimento dos béqueres até a medição da pressão atmosférica. Na parte de resultados, apresente os dados coletados em tabelas, incluindo temperaturas, alturas dos líquidos e gases, e valores calculados de pressão e volume. Na discussão, analise os resultados obtidos, comparando-os com os valores teóricos, calcule a entalpia de vaporização e discuta as possíveis causas das diferenças. Na conclusão, faça uma síntese dos aprendizados obtidos e uma reflexão sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais.

Além disso, responda aos seguintes questionamentos:

1. Qual é a importância de medir a pressão atmosférica antes de iniciar os cálculos?
2. Explique por que é necessário resfriar a água a 0 °C antes de iniciar o aquecimento.
3. Como a posição da régua graduada influencia na coleta dos dados experimentais?
4. Qual é a fórmula utilizada para calcular o volume do gás e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula?
5. Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da entalpia de vaporização? Explique possíveis causas para essa diferença.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (NÃO OBRIGATÓRIO – APARECER PARA TODOS)

Descrição (em ABNT) das referências utilizadas:

• BORGNAKKE, Claus; SONNTAG, Richard E. Fundamentos da termodinâmica. São Paulo: Editora Blucher, 2018.
• ÇENGEL, Yunus A.; BOLES, Michael A. Termodinâmica. Porto Alegre: Grupo A, 2013.
• FILHO, Washington B. Termodinâmica para Engenheiros. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2020.

Unidade: U1_ INTRODUÇÃO AOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TERMODINÂMICA
Aula: A3_ AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS

Tempo previsto de execução da aula prática: 2h

OBJETIVOS

Objetivo Geral:
A determinação do calor específico de líquidos é uma prática essencial em diversas áreas da engenharia, especialmente em processos industriais que envolvem trocas térmicas, como aquecimento e fabricação de produtos químicos. Através deste experimento, realizado em um simulador virtual, os alunos terão a oportunidade de aplicar conceitos de termodinâmica, manusear instrumentos como balança, termômetro e calorímetro, calcular o calor específico de água e álcool, coletar e interpretar dados experimentais, além de contextualizar a importância dessa propriedade em aplicações industriais, com foco na otimização de processos térmicos e eficiência energética.

SOLUÇÃO DIGITAL

Infraestrutura mínima necessária para execução:
O laboratório virtual está acessível via AVA (Ambiente Virtual de Aprendizagem). Para a melhor experiência, recomenda-se utilizar o Google Chrome (Windows 10) ou o Mozilla Firefox (Windows 7), ambos atualizados. Também é importante garantir uma conexão de internet estável e com boa velocidade.

EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI)

Nota:
Por se tratar de uma prática simulada, o uso de EPIs não é necessário para o ambiente virtual. Contudo, no momento da realização da prática no laboratório virtual, o aluno precisará equipar-se com os EPIs virtuais (jaleco e óculos de proteção), que podem ser acessados diretamente no armário de EPIs.

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS

Procedimento/Atividade nº 1

Atividade proposta: Determinação do Calor Específico da Água

Procedimentos para a realização da atividade:

1. Segurança do Experimento:
   • No ambiente virtual, equipar-se com jaleco e óculos de proteção acessando o armário de EPIs.
2. Pesagem do Volume de Água Fria:
   • Colocar o béquer vazio na balança e tarar.
   • Adicionar 50 mL de água ao béquer e registrar a massa obtida na Tabela 1.
3. Adicionando a Água Fria ao Calorímetro:
   • Anotar a capacidade calorífica do calorímetro.
   • Despejar a água do béquer no calorímetro e agitar por 30 segundos.
   • Medir e registrar a temperatura inicial da água (T1).
4. Preparando a Água Quente:
   • Adicionar 70 mL de água ao béquer, medir e registrar a massa.
   • Aquecer a água até aproximadamente 70 °C e registrar a temperatura (T2).
5. Executando a Troca Térmica:
   • Despejar a água quente no calorímetro, agitar, e inserir o termômetro.
   • Medir e registrar a temperatura final (TF) quando estabilizada.
6. Finalizando a Atividade 1:
   • Descartar a água do calorímetro.
   • Repetir os passos de 2 a 5 por duas vezes, completando a coleta de dados na Tabela 1.

Procedimento/Atividade nº 2

Atividade proposta: Determinação do Calor Específico do Álcool

Procedimentos para a realização da atividade:

1. Pesagem do Volume de Álcool:
   • Colocar o béquer vazio na balança e tarar.
   • Adicionar 60 mL de álcool ao béquer e registrar a massa obtida na Tabela 2.
2. Adicionando o Álcool no Calorímetro:
   • Anotar a capacidade calorífica do calorímetro.
   • Despejar o álcool no calorímetro, agitar por 30 segundos.
   • Medir e registrar a temperatura inicial do álcool (T1).
3. Preparando o Álcool Aquecido:
   • Adicionar 80 mL de álcool ao béquer, medir e registrar a massa.
   • Aquecer o álcool até aproximadamente 70 °C e registrar a temperatura (T2).
4. Executando a Troca Térmica:
   • Despejar o álcool quente no calorímetro, agitar e inserir o termômetro.
   • Medir e registrar a temperatura final (TF) quando estabilizada.
5. Finalizando a Atividade 2:
   • Descartar o álcool do calorímetro.
   • Repetir os passos de 8 a 11 por duas vezes, completando a coleta de dados na Tabela 2.

Procedimento/Atividade nº 3

Atividade proposta: Avaliação dos Resultados

Procedimentos para a realização da atividade:

1. Análise dos Dados:
   • Utilizar os dados coletados nas Tabelas 1 e 2 para calcular o calor específico da água e do álcool, aplicando a fórmula: $$Q=m\cdot c\cdot \Delta T$$
   • Comparar os valores obtidos com os valores tabelados e calcular a porcentagem de erro.

CHECKLIST

• Preparação:
  • Acessar o Laboratório Virtual.
  • Equipar EPIs (jaleco e óculos de proteção) no ambiente virtual.
• Procedimentos:
  • Pesagem de Líquidos:
    • Tarar a balança com o béquer vazio.
    • Adicionar o líquido (água ou álcool) ao béquer e registrar a massa.
  • Medição de Temperatura Inicial:
    • Medir e registrar a temperatura inicial do líquido frio.
  • Aquecimento do Líquido:
    • Adicionar e aquecer o líquido até a temperatura desejada.
    • Medir e registrar a temperatura do líquido aquecido.
  • Troca Térmica no Calorímetro:
    • Transferir o líquido aquecido para o calorímetro contendo o líquido frio.
    • Agitar, medir e registrar a temperatura final.
  • Repetição e Coleta de Dados:
    • Repetir os procedimentos para completar os dados experimentais.
• Avaliação dos Resultados:
  • Calcular o calor específico dos líquidos.
  • Comparar os valores obtidos com os valores tabelados.
  • Calcular a porcentagem de erro.

RESULTADOS

Resultados de Aprendizagem:
Ao final da aula prática, espera-se que o aluno tenha desenvolvido as habilidades necessárias para manusear corretamente os equipamentos de laboratório virtual, como balanças, termômetros e calorímetros, e para aplicar os princípios da termodinâmica no cálculo do calor específico de líquidos. O aluno também será capaz de coletar, registrar e analisar dados experimentais de forma organizada, compreendendo a importância do calor específico em processos industriais e de engenharia, além de reforçar a importância do uso de EPIs mesmo em ambientes simulados.

ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR

Relatório:
Elabore um relatório detalhado sobre a prática simulada de determinação do calor específico de líquidos. O relatório deve incluir as seguintes seções:

1. Introdução:
   Explique o objetivo da prática e a importância do calor específico em processos industriais e de engenharia.
2. Materiais e Métodos:
   Liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador, como balança, termômetro e calorímetro. Descreva os procedimentos realizados desde a pesagem dos líquidos até a troca térmica no calorímetro.
3. Resultados:
   Apresente os dados coletados em tabelas, incluindo massas, temperaturas e capacidades caloríficas. Calcule o calor específico dos líquidos com base nos dados experimentais.
4. Discussão:
   Analise os resultados obtidos, comparando-os com os valores tabelados. Calcule a porcentagem de erro e discuta as possíveis causas de diferenças.
5. Conclusão:
   Faça uma síntese dos aprendizados obtidos e reflita sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais.

Questionamentos a serem respondidos:

1. Qual é a importância de tarar a balança antes de medir a massa do líquido?
2. Explique por que é necessário agitar o líquido no calorímetro antes de medir a temperatura final.
3. Como a capacidade calorífica do calorímetro influencia nos resultados do experimento?
4. Qual é a fórmula utilizada para calcular o calor específico de um líquido, e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula?
5. Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado do calor específico do líquido? Explique possíveis causas para essa diferença.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• BORGNAKKE, Claus; SONNTAG, Richard E. Fundamentos da termodinâmica. São Paulo: Editora Blucher, 2018.
• ÇENGEL, Yunus A.; BOLES, Michael A. Termodinâmica. Porto Alegre: Grupo A, 2013.
• FILHO, Washington B. Termodinâmica para Engenheiros. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2020.

Unidade: U3_ ANÁLISE DO VOLUME DE CONTROLE E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

Aula: A3_SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

Tempo previsto de execução de aula prática: 2h

OBJETIVOS

O experimento tem como objetivo a determinação da quantidade de calor envolvida na decomposição do peróxido de hidrogênio (H₂O₂) utilizando um calorímetro à pressão constante. O aluno deverá aprender a medir o calor liberado ou absorvido em uma reação química, utilizar o calorímetro de pressão constante para calcular a variação de entalpia da reação e analisar as trocas de calor que ocorrem durante a reação.

A compreensão dessas trocas de calor é crucial em processos industriais e científicos, pois muitas reações químicas, especialmente em engenharia, envolvem trocas térmicas que afetam a eficiência de sistemas energéticos.

Ao final da prática, espera-se que os alunos sejam capazes de:

• Compreender a diferença entre reações exotérmicas e endotérmicas.
• Medir e calcular o calor envolvido nas reações.
• Utilizar o calorímetro corretamente e interpretar os resultados obtidos.

SOLUÇÃO DIGITAL

Infraestrutura mínima necessária para execução:

• Acesso ao Laboratório Virtual (VirtuaLab) via AVA do aluno.
• Navegadores recomendados: Google Chrome (para Windows 10) ou Mozilla Firefox (para Windows 7), ambos atualizados.
• Conexão de internet estável e adequada (teste de velocidade recomendado).

EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI)

Embora seja uma prática simulada, é necessário equipar os EPIs dentro do laboratório virtual antes de realizar qualquer procedimento. O uso dos seguintes EPIs é obrigatório para os alunos no ambiente virtual:

• Jaleco
• Óculos de proteção
• Máscara
• Luvas

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS

Atividade proposta: Determinação da Variação de Entalpia na Decomposição do Peróxido de Hidrogênio

Procedimentos para a realização da atividade:

1. Segurança do Experimento:
   • Equipar EPIs virtuais (jaleco, óculos, máscara e luvas) antes de iniciar a prática.
2. Preparando a Capela:
   • Abra a janela da capela, acenda a luz interna e ligue o exaustor para garantir a ventilação adequada.
3. Selecionando os Materiais:
   • Pegue os materiais necessários: béquer de 50 mL, vidro de relógio, proveta, calorímetro e espátula metálica do armário virtual.
4. Medindo o Peróxido de Hidrogênio (H₂O₂):
   • Meça 40 mL de peróxido de hidrogênio com a proveta e transfira para o béquer.
5. Adicionando o Dióxido de Manganês (MnO₂):
   • Meça 1 g de dióxido de manganês com a espátula e adicione ao calorímetro.
6. Homogeneizando a Mistura:
   • Agite o calorímetro para garantir que os reagentes estejam bem misturados. Registre a temperatura final após a reação.
7. Variando o Volume de H₂O₂:
   • Limpe o calorímetro e repita o experimento utilizando 42 mL e 45 mL de H₂O₂.
   • Registre as temperaturas finais para cada volume de H₂O₂ utilizado.
8. Analisando os Resultados:
   • Calcule a quantidade de calor liberada utilizando a fórmula:

     $$Q=m\cdot c\cdot \Delta T$$onde:

     • $m$ é a massa do líquido no calorímetro (em g),
     • $c$ é o calor específico do líquido (em cal/g.°C),
     • $\Delta T$ é a variação de temperatura (°C).
   • Complete a tabela com os dados de temperatura inicial e final, além da quantidade de calor liberada para cada experimento.

Checklist

1. Preparação Inicial:
   • Acessar o Laboratório Virtual (VirtuaLab).
   • Equipar EPIs virtuais (jaleco, óculos, máscara e luvas).
2. Preparando a Capela:
   • Abrir capela e ligar exaustor.
3. Selecionar Materiais:
   • Pegar béquer, vidro de relógio, proveta, calorímetro e espátula.
4. Medir H₂O₂:
   • Medir 40 mL de H₂O₂ e transferir para o béquer.
5. Preparar o Calorímetro:
   • Transferir H₂O₂ para o calorímetro.
6. Adicionar MnO₂:
   • Medir 1 g de MnO₂ e adicionar ao calorímetro.
7. Homogeneizar Mistura:
   • Agitar o calorímetro e registrar a temperatura final.
8. Variar Volume de H₂O₂:
   • Repetir o experimento com 42 mL e 45 mL de H₂O₂.
   • Anotar temperaturas finais.
9. Analisar Resultados:
   • Calcular calor liberado utilizando a fórmula $Q=m\cdot c\cdot \Delta T$.
10. Finalização:
    • Limpar e guardar os materiais.
    • Encerrar o experimento.

RESULTADOS

Resultados de Aprendizagem:

• O aluno deve ser capaz de realizar a experimentação no simulador, medindo o calor liberado ou absorvido durante a decomposição do peróxido de hidrogênio.
• A prática permitirá que o aluno compreenda os conceitos de reações exotérmicas e endotérmicas e calcule a variação de entalpia para diferentes volumes de H₂O₂.
• O aluno também deve ser capaz de analisar e interpretar os dados experimentais, comparando-os com valores teóricos, e discutir as causas das diferenças entre os valores obtidos experimentalmente e os valores tabelados.

ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR

Elabore um relatório detalhado sobre a prática de determinação da variação de entalpia na decomposição do peróxido de hidrogênio. O relatório deve ser estruturado conforme os itens a seguir:

1. Introdução:
   • Explique o objetivo da prática e a importância das trocas de calor nas reações químicas, especialmente em processos industriais e científicos.
2. Materiais e Métodos:
   • Liste os equipamentos e materiais utilizados no simulador (calorímetro, termômetro, proveta, béquer, espátula metálica, etc.).
   • Descreva os procedimentos realizados, desde a preparação da solução de peróxido de hidrogênio até a medição das temperaturas iniciais e finais.
3. Resultados:
   • Apresente os dados coletados em tabelas, incluindo volumes de H₂O₂, temperaturas iniciais e finais, e as quantidades de calor calculadas.
4. Discussão:
   • Analise os resultados obtidos e compare-os com os valores teóricos.
   • Discuta as possíveis causas das diferenças entre os valores experimentais e os valores tabelados.
5. Conclusão:
   • Faça uma síntese dos aprendizados obtidos e reflita sobre a importância do experimento e sua aplicação em contextos profissionais, como em processos industriais.

Questionamentos a serem respondidos no relatório:

1. Por que é importante medir a temperatura inicial da solução no calorímetro antes de adicionar o catalisador?
2. Explique a razão para agitar o calorímetro após adicionar o dióxido de manganês.
3. Como a quantidade de dióxido de manganês adicionada pode influenciar nos resultados do experimento?
4. Qual é a fórmula utilizada para calcular a quantidade de calor liberada na reação, e como os dados experimentais são aplicados nessa fórmula?
5. Qual foi a porcentagem de erro entre o valor experimental e o valor tabelado da variação de entalpia? Explique possíveis causas para essa diferença.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• BORGNAKKE, Claus; SONNTAG, Richard E. Fundamentos da termodinâmica. São Paulo: Editora Blucher, 2018.
• ÇENGEL, Yunus A.; BOLES, Michael A. Termodinâmica. Porto Alegre: Grupo A, 2013.
• FILHO, Washington B. Termodinâmica para Engenheiros. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2020.