Resumo de Química - Calor específico

Calor específico é uma grandeza física intensiva utilizada na calorimetria – estudo das trocas de calor, variação entre os corpos e, consequentemente, mudanças de estados físicos.

Calor é a energia que é transferida naturalmente entre um corpo de temperatura maior para outro corpo de temperatura menor. Então, calor específico é a medida que define a quantidade de energia necessária para aumentar o grau de temperatura de alguma substância.

 Também pode indicar a quantidade de energia liberada por unidade de massa quando a temperatura é diminuída em grau.  Chamado de capacidade térmica massiva, esse número é medido em joule por quilograma e por kelvin (J/kg.k). Mas também pode ser expressado em cal/g.C.

Calor específico: fórmula

A fórmula para calcular o aquecimento específico de alguma substância é a seguinte:

C = Q/m. Δt ou c = C/m

Onde:

  • C: calor específico (cal/g.°C ou J/Kg.K);
  • Q: quantidade de calor (cal ou J);
  • M: massa (g ou Kg);
  • Δt: variação de temperatura (°C ou K);
  • C: capacidade térmica (cal/°C ou J/K).

Capacidade térmica

A capacidade térmica é outro conceito que se relaciona com o calor específico. Refere-se a quantidade de calor recebida ou doada por um corpo no intuito que a sua temperatura seja alterada em 1°C.

A fórmula para calcular a capacidade térmica é:

C = Q/Δt ou C = m.c

Onde:

  • C: capacidade térmica (cal/°C ou J/K);
  • Q: quantidade de calor (cal ou J);
  • Δt: variação de temperatura (°C ou K);
  • M: massa (g ou Kg);
  • C: aquecimento específico (cal/g°C ou J/Kg.K).

Calor específico molar

Também chamado de capacidade calorífica molar, é utilizado quando a quantidade de substância é determinada em mol.Ou seja, é estabelecida na relação entre a capacidade térmica e a quantidade de mols presentes na substância.

Calor sensível

Calor sensível é a alteração de temperatura quando a quantidade de calor tem o intuito de apenas modificá-la.

O cálculo depende da seguinte fórmula:

Q = m . c . Δt

Onde:

  • Q: quantidade de calor sensível (cal ou J)
  • M: massa do corpo (g ou Kg)
  • C: aquecimento específico da substância (cal/g°C ou J/Kg.°C)
  • Δt: variação de temperatura (°C ou K)

Na lei física esse fenômeno é conhecido como Equação fundamental da Calorimetria, no qual diz que a quantidade de calor sensível é igual ao produto da massa, da variável da temperatura e da constante. No entanto, essa constante depende da natureza de cada corpo.

Lista dos valores de algumas substâncias:

Substância C (cal/g°C)
Alumínio 0,219
Água 1,000
Ferro 0,119
Chumbo 0,031
Ouro 0,031
Nitrogênio 0,25 
Zinco 0,093
Cobre 0,093
Carbono 0,12

Calor versus temperatura

É importante entender que calor (energia térmica) e temperatura são conceitos diferentes.

Energia térmica é a quantidade que descreve a variação de mudança que um sistema causa ao seu ambiente.

Essa energia, ao ser transferida, faz com que as moléculas se movimentem com uma velocidade mais acelerada, sendo esse aumento medido como uma elevação na temperatura.

Calor específico: efeitos

As substâncias diferentes irão ter valores diferentes.

Exemplos:

  • Ferro: para aumentar 1 grau em um kg de ferro é necessário fornecer 449 J/kg.k
  • Água: é preciso fornecer 4186 J/kg.k

A água tem valor nove vezes mais alto que a do ferro, pois, devido a sua estrutura molecular, é necessário uma grande quantidade de energia para aumentar a sua temperatura.

Ao contrário do ferro, que precisa de muita energia. Além disso, a água quente leva mais tempo para esfriar, enquanto o tempo de resfriamento do ferro é menor.

Quando se trata dos estados físicos da água, ou seja, dentro de uma única substância, haverá valores também diferentes.

Exemplos:

  • Gelo: c=2,11 J/g.k
  • Água: 4,18 J/g.k
  • Vapor: 2,05 J/g.k (100°c)

Atenção: quando se fala de sólido considera-se um calor constante. Não que seja constante, mas a variação é tão pequena que não apresenta tantas variações. Já no vapor vai depender da temperatura, pressão e volume, logo, não é constante.

Então, essa variação de aquecimento específico aponta que um material vai aquecer ou esfriar mais rápido que o outro, assim como a expansão entre cada um será diferente.

Importante

Essas propriedades são essenciais para a vida na Terra, pois a água é um estabilizador do clima global. No inverno, o resfriamento das águas do oceano acontece lentamente e, assim, é liberada uma quantidade de calor que ajuda a manter a temperatura do globo estável.

Enquanto que no verão, para aumentar a temperatura do oceano, é necessário muito calor, o que também modera o efeito do clima, a exemplo dos interiores continentais.  Esses lugares enfrentam extremas temperaturas exatamente por estarem longe dos oceanos.

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