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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autora: Vigatto, Larissa Orsini Barbin
Título: Usando um Calorímetro Isoperibólico no Laboratório Didático de uma Forma Diferente
Ano: 2010
Orientador: Prof. Dr. José de Alencar Simoni
Departamento: Físico-Química
Palavras-chave: Calorímetro, Calorimetria, Cinética, Eletroquímica
Resumo: Esse trabalho consiste na utilização de um calorímetro isoperibólico em laboratório didático de química no nível superior, para se estudar aspectos mais amplos de alguns processos, que não os energéticos. Como se sabe, o calorímetro é o principal instrumento da primeira lei da termodinâmica e, como tal, presta-se, normalmente, para se obter a variação de energia de fenômenos físicos e químicos como entalpias de dissolução, combustão, neutralização, etc. Nesse projeto, utilizou-se esse instrumento em estudos da cinética de reações químicas, determinação de entalpias de vaporização, entalpias de reações eletroquímicas e estudos de reações oscilantes. O calorímetro utilizado é do tipo isoperibólico e já se encontra em operação no laboratório de Físico-Química do Instituto de Química da Unicamp há um longo tempo. Estudou-se a cinética da reação entre MnO4 e C2O4 em meio ácido, sendo observado que a reação e autocatalisada por Mn. O valor da constante cinética k = 10,4 L mol s determinado por essa técnica mostrou-se concordante com o valor obtido por espectrofotometria k =10,6 L mol s. Também foi estudada a cinética da reação de decomposição de H2O2 por I e o resultado mostrou uma dependência de primeira ordem em relação ao H2O2 e um valor de constante de velocidade k = 6,64 10 s concordante com o da literatura, obtido por outra técnica. Num outro estudo, determinou-se a entalpia da reação eletroquímica de uma solução aquosa de KI, obtendo-se o valor de DH = 247 kJ mol, valor esse, concordante com o da literatura que e de 245 kJ mol. Também foi realizada a reação eletroquímica de uma solução aquosa de sulfato de cobre utilizando-se eletrodos de cobre; os resultados permitiram evidenciar a validade de lei de Hess. Outro experimento observado foi o de reações oscilantes do tipo Belousov-Zhabotinsky. O estudo mostrou ser possivel explorar essa reação de uma forma didática bastante interessante. No entanto, algumas etapas da reação mostraram resultados de difícil acesso e pouca reprodutibilidade. Também foi explorado nesse projeto o uso da primeira lei (calorimetria) e da segunda lei (medidas de pressão de vapor) na determinação da entalpia de vaporização de alguns líquidos como água e etanol. Os resultados mostram que a utilização concomitante dessas duas técnicas leva a resultados concordantes entre si, que permitem ao aluno observar a consistência interna entre a primeira e a segunda lei da termodinâmica.
Abstract: This work consists of utilizing an isoperibol calorimeter in educational laboratories of the chemistry college undergraduate course to study unusual aspects of some processes, in addiction to the energetic. As you know, the calorimeter is the main instrument of the first thermodynamic law and, normally, is used to obtain the variation of energy in physical and chemical phenomenon, such as enthalpies of dissolution, combustion, neutralization and other reactions. In this project, the calorimeter was used to study the kinetics of chemical reactions, determining the enthalpies of vaporization, the enthalpies of electrochemical reactions and oscillatory reactions. The instrument used is an isoperibol calorimeter and it has already been in use in the Physical-Chemistry Laboratory of the Unicamp Chemistry Institute for a long time. The study of the kinetic of reactions between MnO4 and C2O4 inside an acid environment showed that the reaction is autocatalyzed by Mn. Through this technique, it was possible to determinate that k = 10,4 L mol s and this value is almost the same obtained by spectrophotometry k = 10,6 L mol s. The kinetic of a decomposition reaction was studied also, and the result showed a dependency of the first order in relation to H2O2 and a value of velocity´s constant k = 6,64 10 s concordant with the literature that was obtained through another technique. In another study, the enthalpy of an electrochemical reaction of a wet solution of KI was determinate in DH = 247 kJ mol, and this is concordant with the literature, DH = 245 kJ mol. Another reaction studied was the electrochemical reaction of a wet solution of copper sulfate using copper electrodes, and the results showed evidence, giving validity to the Hess law. Another experiment studied oscillatory reactions of the Belousov-Zhabotinsky type and showed it possible to explore this reaction in a very interesting educational way. In general, some reactionLs steps showed results of hard access and low reproduction. Also studied in this project was the use of the first law (calorimetry) and the second law (measures of vapor pressure) in determining the vaporization enthalpy of some liquids as water and ethanol. The results show that the use of these two techniques, at the same time, lead to concordant results that permit the student to observe the relation between the first and the second thermodynamic laws.
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