Um calorímetro contendo 600 g uma mistura Specific Heats of Common Materials de gelo e água a com concentração de em volume. Se 500 g de uma determinada substância, no estado sólido e a , são adicionados ao calorímetro, o sistema entra em equilíbrio térmico à temperatura de . Se a capacidade térmica do calorímetro é de 0,2 , encontre o calor específico da substância e indique qual é o material provável baseado na tabela ao lado.
MATERIAL SPECIFIC HEAT <br> (Joules/gram )
Liquid water 4.18
Solid water (ice) 2.11
Water vapor 2.00
Dry air 1.01
Basalt 0.84
Granite 0.79
Iron 0.45
Copper 0.38
Lead 0.13
Dados: .

Passo 1

Vamos lá! Nosso desafio é descobrir o calor específico de uma substância desconhecida e identificar qual material ela provavelmente é, usando um calorímetro que contém uma mistura de gelo e água. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos de calorimetria, como transferência de calor, capacidade térmica e calor específico.

Passo 2

Primeiro, vamos determinar quanto de gelo e água temos na mistura inicial. Sabemos que a mistura tem 600 g e que 33% do volume é gelo. Como as densidades são diferentes para gelo e água, precisamos calcular as massas separadamente.

Passo 3

Vamos calcular o volume total da mistura. Como a densidade da água é e a do gelo é , podemos usar a relação:
é
Mas como temos porcentagem em volume, simplificamos encontrando os volumes de gelo e água separadamente.

Passo 4

Primeiro, calculamos o volume de gelo:
E o volume de água:
á
Como a densidade é massa/volume, podemos expressar as massas como:
ááá
Sabendo que á, podemos resolver para encontrar as massas individuais.

Passo 5

Resolvendo os cálculos:
á
á
á
Então,
á

Passo 6

Agora, vamos considerar a transferência de calor. O calor perdido pela substância quente será igual ao calor ganho pelo calorímetro, pela água e pelo gelo que pode derreter ou aquecer.
A equação de balanço de calor fica assim:
âíá
Onde:
E se houver derretimento do gelo:
ã

Passo 7

Vamos calcular cada termo:
  1. Calor perdido pela substância:
âââ
âââ
  1. Calor ganho pelo calorímetro:
íí
Convertendo para joules (1 cal = 4,18 J):
í
  1. Calor ganho pela água:
áá
á
  1. Calor ganho pelo gelo:
Como a temperatura final está acima de 0°C, o gelo derrete e aquece até 2°C.
ã

Passo 8

Agora, montamos a equação de balanço de calor:
â
â

Passo 9

Resolvendo para â:
â

Passo 10

Comparando com a tabela fornecida, vemos que o calor específico calculado é aproximadamente . O material que mais se aproxima desse valor é o Ferro, que tem um calor específico de .

Resposta

O calor específico da substância é aproximadamente e ela provavelmente é Ferro.

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