Consistência interna entre a primeira e a segunda lei da termodinâmica : o uso da experimentação no ensino

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Souza, Viviane Silva de, 1985-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Termodinâmica
Experimentação
Entalpia
Thermodynamics
Experimentation
Enthalpy
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1637710
Resumo: Orientador: José de Alencar Simoni
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spelling Consistência interna entre a primeira e a segunda lei da termodinâmica : o uso da experimentação no ensinoInternal consitency btewen first and second laws of thermodynamics   : the use of experimentation in teaching  TermodinâmicaExperimentaçãoEntalpiaThermodynamicsExperimentationEnthalpyOrientador: José de Alencar SimoniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: O objetivo desse trabalho foi desenvolver uma estratégia didática experimental de modo a evidenciar didaticamente que a primeira e a segunda lei da termodinâmica apresentam consistência interna. Para isso, constantes de equilíbrio em alguns processos foram avaliadas em função da temperatura, para se determinar a variação de entalpia e a mesma variação de entalpia foi medida diretamente num calorímetro isoperibólico. Os seguintes processos foram estudados: 1- Entalpia de vaporização de líquidos: No caso da água, obteve-se uma entalpia de vaporização, 44,4 kJ·mol-1, um valor próximo da literatura que é de 43,9 kJ·mol-1, mas não foi possível determinar essa grandeza por calorimetria. Para etanol, acetona e éter etílico, todos os valores de entalpia foram obtidos por calorimetria e pela segunda lei e os resultados foram coincidentes entre e com a literatura. 2- Entalpia de dissolução de KNO3 (próximo da saturação) em água: Os resultados foram coincidentes entre si e com o da literatura: ?dissH = 28,3 kJ·mol-1, 28,2 kJ·mol-1 e 27,3 kJ·mol-1, pela segunda lei, calorimetria e literatura, respectivamente. 3- Entalpia de ionização do ácido acético: O valor de entalpia foi de -3,2 kJ·mol-1, obtido pela segunda lei, 1,0 kJ·mol-1, obtido por calorimetria e 0,40 kJ·mol-1, o valor da literatura. Observa-se uma discrepância grande entre os resultados aqui obtidos e também do obtido pela segunda lei em relação ao esperado. Embora o erro percentual da entalpia medida pelo calorímetro seja elevado, o valor absoluto da grandeza é muito pequeno, o que justificaria essa diferença, 4- Entalpia de adsorção de ácido acético em carvão ativo em meio aquoso: O valor médio da entalpia de adsorção, ?adsH = -3,3 kJ·mol-1 evidencia um processo exotérmico para uma interação fraca. Esse resultado é bem diferente, numericamente, daquele obtido pela segunda lei, ?adsH= -45 kJ·mol-1, embora ambos sejam exotérmicos. Nesse caso, acredita-se que a hipótese mais provável para essa discrepância seja uma inadequação do uso da constante de ajuste de Langmuir como variável da equação de van¿t Hoff, para se calcular a variação de entalpia de adsorção. É possível que a variável entalpia tenha conotações diferentes em ambos os métodos. Esse caso merece uma atenção maior, já que é largamente utilizado na literaturaAbstract: The objective of this work was to develop an experimental didactic strategy in order to show an internal consistency between the first and second law of thermodynamics. For this, equilibrium constants in some processes were evaluated as a function of temperature in order to determine the enthalpy change and that same enthalpy change was measured directly in an isoperibolic calorimeter. The following processes were studied: 1. Enthalpy of vaporization of liquids: in the case of water, a vaporization enthalpy, 44.4 kJ·mol-1 was obtained, a value close to the literature, 43.9 kJ·mol-1, therefore was not possible to determine this grandity by calorimetry. For ethanol, acetone and ethyl ether, all enthalpy values were obtained by calorimetry and by the second law and the results were concordant with each other literature. 2 - Enthalpy dissolution of KCl (near saturation) in water: the results were coincident with each other and with the literature: ?dissH = 28.3 kJ·mol-1, 28.2 kJ·mol-1 and 27.3 kJ·mol-1, by the second law, calorimetry and literature, respectively. 3- Enthalpy of ionization of acetic acid: the enthalpy value was -3.2 kJ·mol-1, obtained by the second law, 1.0 kJ·mol-1, obtained by calorimetry and 0.40 kJ·mol-1, the value of the literature. A large discrepancy is observed between the results obtained here and also that obtained by the second law in relation to the expected one. Although the percentage error of the enthalpy measured by the calorimeter is high, the absolute value of the quantity is very small, which would justify this difference. 4. Enthalpy of adsorption of acetic acid in active carbon in aqueous medium: the average value of the enthalpy of adsorption, ?adsH = -3.3 kJ·mol-1 shows an exothermic process for a weak interaction. This result is quite different, numerically, from that obtained by the second law, ?adsH = -45 kJ·mol-1, although both are exothermic. In this case, it is believed that the most likely hypothesis for this discrepancy is an inadequacy of the use of the Langmuir adjustment constant as a variable of the van't Hoff equation to calculate the adsorption enthalpy change. It is possible that the enthalpy variable has different connotations in both methods. This case deserves greater attention, since it is widely used in the literatureMestradoFísico-QuímicaMestra em QuímicaCAPES834/0001-08[s.n.]Simoni, Jose de Alencar, 1953-Girotto Júnior, GildoMaia, Daltamir JustinoUniversidade Estadual de Campinas. Instituto de QuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSouza, Viviane Silva de, 1985-20192019-07-30T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (84 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1637710SOUZA, Viviane Silva de. Consistência interna entre a primeira e a segunda lei da termodinâmica: o uso da experimentação no ensino. 2019. 1 recurso online (84 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1637710. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1095862Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2019-12-10T09:51:38Zoai::1095862Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2019-12-10T09:51:38Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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