Físico-Química ⇒ (OBQ) Calor Específico Tópico resolvido

[VctMR]

O calor específico pode ser definido como a quantidade de calor que um grama
de determinado material deve ganhar ou perder para que sua temperatura varie em um grau
Celsius. O calor específico dos metais é baixo quando comparado a materiais como argila ou
pedra, todos materiais usados na fabricação de panelas. Isso significa que, considerando
panelas de mesma massa, é necessário fornecer menos calor para o metal do que para a
argila para fazer com que ele atinja a temperatura de cozimento (Mortimer, E. F.; Amaral, L. O. F.
Calor e temperatura no ensino da termoquímica. Química Nova na Escola, n. 7, 1998).
Nesse contexto, e para efeito de comparação, são dados abaixo os calores específicos de três metais.

Calores Específicos.PNG (10.12 KiB) Exibido 2025 vezes

Se 1,00 g de cada metal é aquecido a 100 °C e se adicionar 10,00 g de H2O a 25,0 °C, qual
será a ordem das temperaturas das misturas finais a partir do menor para o maior?
a) Fe < Zn < Pb
b) Pb < Zn < Fe
c) Zn < Fe < Pb
d) Fe < Pb < Zn
e) Pb < Fe < Zn

Resposta

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B

Quando fiz marquei letra A porque achei que calor específico e temperatura são inversamente proporcionais... Estou com dúvida em relação a esse gabarito.

[mcarvalho]

[tex3]Q=mc\Delta \theta \rightarrow \frac{Q}{\Delta \theta}=mc[/tex3], portanto o calor específico é inversamente proporcional não à temperatura em si, mas à variação de temperatura.

Se o metal parte de 100ºC, e vamos adicionar à mistura uma quantidade de água a 25º, a temperatura final do sistema em equilíbrio será menor do que os 100ºC, tal que o metal que terá a maior variação de temperatura (tendo, assim, a menor temperatura dentre os três) será o metal com menor calor específico.

Podemos comprovar com cálculos.

[VctMR]

mcarvalho, continuo sem entender... Eu sei que a variação da temperatura é inversamente proporcional ao calor específico. Mas a questão fala que a variação de temperatura é aplicada as três misturas, ou seja, tal fator é constante ou invariável, não existindo uma "maior" ou "menor" variação de temperatura para os metais...

[mcarvalho]

Vamos fazer a análise através de cálculos, usando os valores (massa, calor específico e temperatura inicial) fornecidos pelo enunciado, e sabendo que a mistura metal + água estará em equilíbrio térmico, o que nos permite a relação: [tex3]Q_{água}+Q_{metal}=0[/tex3]

OBS: adotarei o calor específico da água como 4,2, em respeito às unidades, porém ele não importa tanto no caso, já que será o mesmo em todos os exemplos.

i) Com o Ferro:
[tex3]m_{ferro}.c_{ferro}.\Delta T_{ferro}=-m_{água}.c_{água}.\Delta T_{água}\\ 1.0,47.(T-100)=-10.4,2.(T-25)\\ 0,47(T-100)=-42(T-25)\rightarrow T=35,7 ºC[/tex3]

ii) Com o Chumbo:
[tex3]1.0,13(T-100)=-10.4,2(T-25)\\T=28ºC[/tex3]

iii) Com o Zinco:
[tex3]1.0,388.(T-100)=-10.4,2(T-25)\\T=34º C[/tex3]

Ou seja, a temperatura final, em ordem crescente, é do chumbo, depois do zinco, depois do ferro.

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Em relação específica à sua dúvida, lembre-se que a variação de temperatura depende exatamente do calor específico. Temos uma situação em que todos os objetos têm a mesma massa e estão à mesma temperatura, e serão misturados com um líquido (água) que, para os três objetos, apresenta-se na mesma temperatura (25ºC) e na mesma quantidade (10g). Mas o calor específico desses objetos é diferente: quanto maior o calor específico, de mais calor/energia o objeto precisará para variar a sua temperatura. Como o calor/energia fornecida aos três objetos é a mesma (lembre-se, as condições de temperatura inicial e de massa são as mesmas), então a temperatura final será maior onde for menor o calor específico, e vice-versa.

[mcarvalho]

Outra coisa:

Mas a questão fala que a variação de temperatura é aplicada as três misturas, ou seja, tal fator é constante ou invariável, não existindo uma "maior" ou "menor" variação de temperatura para os metais

Evidentemente existe sim essa maior ou menor variação de temperatura. Pense bem: todos os metais partiram da temperatura inicial de 100ºC. Se a variação de temperatura fosse a mesma para ambos, então no fim, todos os três estariam na mesma temperatura final. Ou seja: não faria sentido nenhum a pergunta do exercício!