60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

O presente estudo teve como objetivo o desenvolvimento de um microcalorimetro diferencial de condução e obtenção das curvas de entalpia de excesso em função da fração molar dos componentes das misturas binárias água + solvente orgânico (1,4-dioxano, formamida, dimetilsulfoxido). O desenvolvimento do micro calorímetro proposto se justifica, principalmente, no que diz respeito ao volume de trabalho. Enquanto o calorímetro desenvolvido possui celas de reação com volumes da ordem de 350 microlitros, os calorímetros comerciais trabalham com celas de volumes da ordem de 50 a 100 mL, ocasionando gasto de reagentes e geração de resíduos, além do longo período de estabilização térmica. Uma função de excesso se define como a diferença entre o valor de uma função termodinâmica de solução em um estado qualquer e o valor dessa para uma solução ideal (ou solução diluída ideal), nas mesmas condições de temperatura, pressão e composição. Logo, uma grandeza de excesso para uma solução ideal é zero. Essas grandezas representam o excesso (positivo ou negativo) de uma função termodinâmica de solução em relação a uma solução ideal considerada como referência.

METODOLOGIA:

O micro calorímetro é formado por duas celas cilíndricas de cobre revestidas em ouro com 1,5 cm de altura e 0,6 cm de diâmetro com volume interno de 380 L, as quais estão soldadas sobre termopilhas de 0,6 x 0,6 cm. Essas estão sobre um bloco de cobre revestido em ouro que por sua vez foi preso a um bloco de alumínio e a um dissipador de calor de aletas, também em alumínio. Foi montado um multiplicador de sinal de 100 vezes dada a baixa ordem de sinal (microvolts) decorrente do pequeno volume de trabalho. O sistema de aquisição de dados é totalmente digital e feita por computador. O calorímetro fica montado dentro de uma camisa com circulação de água para manutenção da temperatura. A calibração foi realizada por processo químico, usando como referencia a entalpia de mistura água + isopropanol. Dessa forma se relacionou a área das curvas obtidas com a entalpia de excesso do sistema. A determinação de entalpia de excesso dos sistemas propostos foi realizada pela adição de volumes pré-determinados dos solventes, após conversão dos resultados foram construídas curvas de entalpia de excesso em função da fração molar da mistura.

RESULTADOS:

Os objetivos do trabalho foram atingidos e a eficiência do calorimetro desenvolvido esta evidente nos resultados encontrados. O calorímetro se mostrou extremamente sensível a variações de temperatura, sendo capas de detectar variações que geram diferenças de potencial (entre as celas de reação e referência, cujas termopilhas estão ligadas em série) da ordem de centésimos de milivolt. Essa alta sensibilidade exige um rigoroso controle na temperatura do banho termostatico usado para manutenção da temperatura. O Emprego do calorímetro se mostrou eficiente tanto para sistemas endotérmicos (formamida + água) quanto para sistemas exotérmicos (dimetilsulfoxido + água). A calibração química realizada foi eficiente, mas deve ser expandida para melhores resultados, os resultados obtidos experimentalmente para os sistemas dioxano + água e dimetilsufoxido + água foram comparados a valores de referência na literatura e se mostraram satisfatórios, embora não sejam totalmente condizentes. Esse desvio se deve a grande sensibilidade do calorímetro à eventos externos e a pouca precisão do banho termostatico empregado na manutenção de temperatura.

CONCLUSÕES:

Os objetivos do trabalho foram atingidos e a eficiência do calorímetro desenvolvido esta evidente nos resultados obtidos. Entretanto o calorímetro é passível de melhorias, principalmente no que diz respeito aos periféricos, tais como o banho termostatico, o sistema de aquisição digital, e o isolamento térmico do sistema. Dessa forma seria possível desenvolver modelos matemáticos e softwares para aquisição e tratamento de dados apropriados para o calorímetro desenvolvido. A sensibilidade apresentada pelas termopilhas empregadas, da ordem de micro watts, torna o calorímetro extremamente sensível a perturbações externas, tornando difícil isolar o sistema. O banho termostatizado utilizado não possui grande eficiência na manutenção de temperatura, oscilando em 1 ou 2ºC da temperatura escolhida para trabalho. O multímetro digital marca Minipa modelo ET 2231 deixa a desejar na aquisição de dados. Isso porque o software de captura faz aquisição com intervalos mínimos de 1 segundo, perdendo a resposta das termopilhas a alterações rápidas de temperatura dentro da cela de reação. As curvas de entalpia molar de excesso obtidas experimentalmente apresentam bons resultados e atestam a eficiência do calorímetro desenvolvido.

Instituição de fomento: FAPESP - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: CALORIMETRIA, entalpia, mistura

E-mail para contato: rafaeltrinca@gmail.com