ENTALPIA DE COMBUSTÃO DE CASTANHA DO PARÁ: PROPOSTA DE
EXPERIMENTO DE TERMOQUÍMICA 1
ALINE MARQUES DA SILVA2; ANA CARLA PENTEADO FELTRIN3; ANÁLIA
MARIA LOPES4; CANDICE KEMMERICH5; GILMAR BENINI6; JULIETA
SALDANHA DE OLIVEIRA7; MÁRCIO MARQUES MARTINS8.
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Trabalho de Pesquisa realizado na disciplina de Físico-Química IV – QMC286
Curso de Química do Centro Universitário Franciscano (UNIFRA), Santa Maria, RS, Brasil
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RESUMO
Experimentos de termoquímica costumam exigir complexos equipamentos para serem devidamente
realizados. Esse trabalho propõe um experimento para determinar o calor de combustão de alimentos
a partir de uma montagem simples, usando apenas equipamentos e vidrarias básicas de laboratório.
O alimento usado no experimento foi a castanha-do-pará, cujo conteúdo oleoso é alto e, portanto, de
grande inflamabilidade. A castanha é presa a uma espiral de cobre, é então incendiada e posicionada
sobre um copo de Béquer contendo gelo e envolto por folhas de alumínio. A temperatura no interior
de Béquer é mantida constante por inspeção da temperatura e adição de gelo. O presente
experimento foi realizado de forma preliminar na disciplina de Físico-Química IV. O calor de
combustão foi de, respectivamente, 2619,9 cal/g e 4142,5 cal/g, contra um valor teórico de 3133,3
cal/g. Os erros experimentais encontrados foram 16,5% e 32,2%. Fatores de erro são discutidos ao
final desse trabalho.
Palavras-chave: Físico-Química; Termoquímica; Ensino de Química.
1. INTRODUÇÃO
Calorimetria é uma parte da Termoquímica que permite determinar o calor envolvido
em reações químicas, mudanças de fase, etc. Uma das categorias de reações químicas que
pode ter o calor envolvido determinado experimentalmente é a combustão Ao determinar o
calor de combustão de uma substância, determina-se a quantidade de energia liberada na
queima deste na presença de oxigênio puro, em outras palavras o seu valor calórico.
As medições de valor calórico são frequentemente feitas usando uma bomba
calorimétrica. A bomba calorimétrica é um dispositivo composto por um cilindro de aço
inoxidável de paredes rígidas, o qual pode ser lacrado e preenchido com oxigênio gasoso
puro sob alta pressão. Nesse dispositivo, a amostra pesada é colocada em um recipiente
preparado para incendiar a amostra por meio de uma centelha elétrica. Ao redor da amostra,
há uma quantidade conhecida de água, a qual absorverá o calor liberado pela combustão do
alimento. A amostra incendiada na atmosfera de oxigênio puro aquece a bomba e a água
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circundante. Quando se estabelece o equilíbrio térmico, a bomba e a água terão a mesma
temperatura. Usando o princípio de conservação da energia.
Calor liberado pela combustão do alimento = calor absorvido pela água + calor
absorvido pela bomba ou, na forma da equação:
qreação = (qágua + qbomba ) (onde q é o símbolo para o calor)
O qreação, por convenção, tem um valor negativo, porque a reação de combustão é
exotérmica (ou seja, ela libera energia para a vizinhança). O qágua e o qbomba são calculados a
partir da variação de temperatura da água e da bomba calorimétrica, necessitando-se
conhecer a capacidade calorífica da água e da bomba. A soma desses termos resulta no
calor de combustão da amostra que foi usada.
A construção de uma bomba calorimétrica é complicada e demanda tempo e
dinheiro. Normalmente, não é possível dispor de tal equipamento em sala de aula, devido
aos fatores acima expostos.
O calor é a quantidade de energia que flui através da fronteira do sistema durante
uma transformação, devido a um gradiente de temperatura,isso é, uma quantidade de
energia que ‘escoa’ de um ponto a uma temperatura mais elevada para outro ponto a uma
temperatura mais baixa. Convencionou-se o sinal positivo para o calor absorvido pelo
sistema e o sinal negativo para o calor liberado pelo sistema.
Como calor é uma manifestação de energia ele é descrito na unidade como calorias
ou Joules, sendo que 1 cal = 4,184 J.
Neste trabalho, apresentamos uma proposta de experimento para a determinação do
conteúdo calórico de alimentos através de uma construção simplificada de calorímetro.
As nozes e castanhas são alimentos ideais para o desenvolvimento de experimentos
desse tipo, pois são ricos em óleos vegetais e, portanto, altamente combustíveis. Essa
característica é desejável, visto que o experimento será realizado em ambiente aberto, ao
contrário da combustão realizada em uma bomba calorimétrica com excesso de oxigênio e
em ambiente isolado, a fim de garantir a combustão completa da castanha.
3. EXPERIMENTAL
3.1.MATERIAIS

Béquer de 250 mL revestido com folha de alumínio;

Espiral de fio de cobre;

Termômetro de mercúrio (até 150ºC);
2

proveta graduada ou copo de Béquer;

Agarrador de madeira

Castanha-do-pará ou outros frutos de casca rija, como amêndoas, cajus, pecans,
nozes, amendoim, etc.

gelo
3.2.DESENVOLVIMENTO
A montagem do experimento é descrita na figura 01 (abaixo):
Figura 01: Aparato usado para a determinação do calor de combustão da castanha
O Béquer a ser usado deve estar limpo e seco, a fim de evitar alterações na massa
de água obtida por derretimento do gelo.
Com uma braçadeira ajustável grande, prende-se o Béquer ao suporte universal.
A espiral de fio de cobre é usada para prender a castanha e permitir a queima
completa.
A massa da castanha deve ser medida antes de iniciar o procedimento.
O gelo deve ser adicionado ao Béquer apenas alguns instantes antes da combustão
da castanha, para evitar a formação de água líquida por derretimento natural do gelo.
Deve-se posicionar a castanha de forma que a parte superior da chama apenas
toque o fundo do Béquer a fim de permitir que o alimento queime completamente.
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Após a combustão completa da castanha, usando o agarrador de madeira, deve-se
segurar o Béquer e cuidadosamente derramar a água líquida (mas sem gelo) numa proveta
graduada. Deve-se determinar a massa de água obtida pelo derretimento do gelo.
Para eliminar a necessidade da determinação do calor específico do Béquer (que
cumpre o papel de bomba calorimétrica) é necessário que o calor liberado pela castanha
seja, o máximo possível, absorvido pelo Béquer. Para viabilizar isso, o Béquer é revestido
com uma folha de alumínio que cumpre o papel de concentrar o calor liberado pela chama
da castanha.
As demais condições experimentais são controladas para manter uma temperatura
constante e igual a 0OC dentro do Béquer.
O Béquer é preenchido com uma grande quantidade de gelo, e o derretimento do
mesmo deve ser acompanhado da renovação do gelo derretido. O operador deve monitorar
a temperatura do meio a fim de assegurar-se que a temperatura não sofre incrementos
significativos.
O calor evoluído pela combustão da castanha derrete o gelo e produz água líquida.
Enquanto há a passagem de água da forma sólida para a forma líquida, não ocorre variação
de temperatura, pois todo o calor absorvido pelo gelo é, teoricamente, usado para a
mudança de fase. Dessa forma, a quantidade de água líquida presente ao final da
combustão da castanha é proporcional ao calor liberado pela queima do alimento.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesta experiência, o calor é medido em calorias. Uma caloria é a quantidade de calor
necessária para elevar a temperatura de 1,0 g de água de 1ºC (ORTEGA, NETZ, 2002).
Devido ao excesso de gelo no Béquer, a temperatura do sistema deve permanecer
constante em 0ºC, assim acontecendo o derretimento do gelo em água líquida à uma
temperatura constante. O calor necessário para derreter um grama de gelo a 0ºC é
conhecido como o calor de fusão e tem um valor tabelado de 80 cal/g de água (ORTEGA,
NETZ, 2002).
Em caso de não haver acesso a uma balança eletrônica, pode-se usar o volume de
água medido na proveta para determinar a massa de água obtida usando-se a aproximação
1,0 mL H2O = 1,0 g H2O.
O calor produzido por combustão do amendoim é calculado através da equação:
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qcastanha = mágua x 80 cal/g,
onde:
qcastanha = calor produzido pela castanha (em calorias)
mágua = massa de água em g
80 cal/g = calor de fusão do gelo (o calor necessário para derreter um grama de gelo)
O experimento foi realizado em duplicata. Na primeira tentativa, o controle sobre a
temperatura do meio foi rigorosa. Na segunda tentativa, o controle da temperatura interna
não foi tão criterioso. A descrição dos resultados obtidos é feita a seguir:
Tentativa 1:
mcastanha = 2,749 g
mH2O = 89,725 g
qcastanha = (89,725 g x 80 cal/g) = 7194 cal
Cálculo da massa de castanha que efetivamente sofreu combustão:
mcastanha,inicial - mcastanha,final = 2,749 g – 0,270 g = 2,479 g
Cálculo do calor liberado por grama de castanha:
2,479 g castanha -------------------- 7194 cal
1,000 g castanha --------------------
q
q = 2616,9 cal/g
Consultando as informações nutricionais do fabricante da castanha:
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Figura 01: Informações nutricionais da castanha-do-pará
O conteúdo energético de 15,0 g de castanha é de 47000 cal. Dividindo 47000 cal por 15 g
retorna um valor de 3133,3 cal/g. Esse é o valor que nosso experimento deve reproduzir.
Comparação do dado experimental com o dado “teórico”:
3133,3 cal ----------------------- 100%
2616,9 cal -----------------------
X
X= 83,52% (erro relativo de 16,5%)
Tentativa 2:
Nessa segunda realização do experimento, a temperatura dentro do Béquer subiu a
10OC e não foi realizada uma limpeza adequada do mesmo. O fundo do Béquer estava sujo
de fuligem proveniente da queima anterior de castanha. Esses dois fatores contribuíram
para um erro experimental maior.
mcastanha = 2,367 g
mH2O = 112,884 g
qcastanha = (112,884 g x 80 cal/g) = 9030,72 cal
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Cálculo da massa de castanha que efetivamente sofreu combustão:
mcastanha,inicial - mcastanha,final = 2,367 g – 0,187 g = 2,180 g
Cálculo do calor liberado por grama de castanha:
2,180 g castanha -------------------- 9030,72 cal
1,000 g castanha -------------------- q
q = 4142,5 cal/g
Comparação do dado experimental com o dado “teórico”:
3133,3 cal ----------------------------- 100%
4142,5 cal -----------------------------
X
X= 132,20% (erro relativo de +32,2%)
.
Os valores obtidos nos cálculos de calor liberado pela castanha estão quase que de
acordo com as informações nutricionais do fabricante, sendo a primeita tentativa com menor
erro relativo de 16,5%, e a segunda com mair de 32,20%. Baseando-se que o experimento
foi realizado sem o devido isolamento térmico e sem o ambiente controlado provido por uma
bomba calorimétrica.
5. CONCLUSÃO
Os dados experimentais de calor de combustão da castanha (2616,9 cal/g e 4142,5
cal/g) comparado com as informações nutricionais fornecidas pelo fabricante (3133,3 cal/g),
mostram através dos cálculo de erro experimental (16,5% e 32,20%) um erro experimental
aceitável.
Alguns fatores podem ser enunciados como possíveis fontes de erro e que afastaram
os valores experimentais dos valores esperados:
1) A combustão é realzada em ambiente aberto, parte do calor de combustão
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escapa para a vizinhança e não é usado no aquecimento do Béquer e do gelo.
2) A falta de controle sobre a temperatura interna do Béquer durante a combustão
da castanha leva a um derretimento excessivo de gelo, o que influencia
negativamente o cálculo de calor de combustão.
3) A adição de gelo previamente derretido também mascara a quantidade de calor
liberada pela queima da castanha.
4) A premissa de que o calor absorvido pelo Béquer é desprezível é parcialmente
verdadeira. Parte do calor liberado pela combustão é absorvido por ele e reduz a
quantidade de água ao final do processo de combustão. O revestimento do
Béquer com alumínio apenas minimiza a perda de calor para a vizinhança e para
o Béquer.
5) A quantidade de água formada pelo derretimento do gelo pode, ainda, ser
mascarada pela absorção de calor do meio.
Tendo-se em vista todos esses fatores de erro levantados, pode-se dizer que o
experimento proposto mostrou-se bastante adequado para a determinação do calor de
combustão de alimentos.
Como perspectivas futuras, novas determinações de calor de combustão envolvendo
a castanha e outros alimentos serão realizadas a fim de determinar com maior precisão a
validade do método.
Se a exigência de precisão não for tão alta, pode-se adotar essa metodologia sem
maiores preocupações.
A técnica descrita, por ser de baixo custo e de fácil execução, é adequada para uso
em aulas experimentais de disciplinas de Físico-Química de nível superior e médio.
REFERÊNCIAS
ORTEGA, George Gonzáles; NETZ, Paulo A. Fundamentos de Físico-Química,
Uma abordagem conceitual para ciências farmacêuticas. 1ªed. São Paulo:
ARTMED, 2002.
KATZ, David A., Energy of a peanut: an experiment in calorimetry, <
http://www.chymist.com/energy%20of%20a%20peanut.pdf>,
22/09/2010
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