Com o objetivo de demonstrar a transferência de energia de um sistema para outro, um professor solicitou a seus alunos que determinassem o calor de combustão de alguns alimentos e, para auxiliar nessa tarefa, forneceu um quadro que apresenta cinco alimentos identificados por números e seus respectivos calores de combustão.
Posteriormente, entregou uma amostra de 0,5 g de um alimento indeterminado a um dos estudantes, que realizou o seguinte procedimento experimental: colocou 4 mL de água em um tubo de ensaio e mediu a temperatura, encontrando 20 °C. Em seguida, o estudante queimou o alimento recebido, abaixo do tubo de ensaio contendo a água, o que elevou a temperatura da água para 50 °C. Considere que, nas condições do experimento, a perda de calor para o ambiente é desprezível e o calor específico da água e sua densidade são, respectivamente, 1 cal/(g °C) e 1 g/mL.
Qual alimento do quadro o estudante recebeu do professor?
A) I
B) II
C) III
D) IV
E) V
Resolução Em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Física (Termologia e Calorimetria).
- Química (Termoquímica e Combustão).
Tema/Objetivo Geral
- Aplicar o princípio da conservação de energia e a equação fundamental da calorimetria para determinar o poder calorífico de uma amostra desconhecida.
Nível da Questão: Médio
- A questão exige o domínio da fórmula de calor sensível e uma regra de três simples. O nível é elevado a médio devido à necessidade de converter a energia encontrada para a unidade correta da tabela (cal/g), o que constitui uma armadilha clássica de desatenção.
Gabarito: Alternativa (D)
- O calor absorvido pela água foi de 120 cal. Como essa energia veio da queima de apenas 0,5 g de alimento, o calor de combustão proporcional para 1,0 g é de 240 cal, correspondendo ao Alimento IV.
PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)
O professor realizou um experimento clássico de calorimetria: queimou uma comida embaixo de um tubo com água. A ideia é que o fogo esquenta a água. O aluno mediu quanto a água esquentou.
A missão é descobrir qual é o alimento queimado. Para isso, devemos calcular quanta energia a água recebeu e, usando esse valor, descobrir quanto calor aquele alimento libera por grama.
Simplificação Radical:
Imagine que a água é uma carteira vazia e o alimento é um pagador. O alimento “pagou” energia para a água.
- Vamos contar quanto dinheiro (calor) entrou na carteira da água.
- Vamos ver quanto alimento foi gasto para fazer esse pagamento.
- Vamos calcular o “salário” do alimento (calor por grama) e achar o dono do crachá na tabela.
Nosso Plano de Ataque será o seguinte:
- Transformar Volume em Massa: Saber quantos gramas de água temos.
- Calcular o Calor (Q): Usar a fórmula do “Que MaCeTe” para saber quanto a água esquentou.
- Normalizar: Ajustar o resultado para 1 grama (a tabela é por grama, mas usamos meia grama).
PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)
Para medir energia térmica, usamos a Equação Fundamental da Calorimetria.
Fórmula: Q = m . c . Delta T
- Q: Quantidade de calor (o que queremos descobrir).
- m: Massa da substância que esquentou (Água).
- c: Calor específico (Facilidade com que ela esquenta).
- Delta T: Variação de temperatura (Final menos Inicial).
Raciocínio de Conservação:
O enunciado diz para desprezar perdas.
Logo: Calor liberado pela comida = Calor absorvido pela água.
Atenção às Unidades:
A tabela dá o valor em calorias por grama (cal/g).
Nosso experimento usou 0,5 g. Isso exigirá uma regra de três final.
PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)
Vamos processar os dados do enunciado cuidadosamente para evitar erros de cálculo e de lógica.
Etapa A: Dados da Água (Quem recebeu a energia)
- Volume: 4 mL. Como a densidade é 1 g/mL, temos 4 g de água.
- Temperatura Inicial: 20 graus Celsius.
- Temperatura Final: 50 graus Celsius.
- Variação (Delta T): 50 – 20 = 30 graus Celsius.
- Calor Específico (c): 1 cal/g graus Celsius.
Etapa B: O Cálculo da Energia Absorvida
Vamos aplicar a fórmula na água:
Q = 4 . 1 . 30
Q = 120 cal.
Conclusão parcial: A queima da amostra liberou 120 calorias.
Etapa C: O Cálculo do Potencial do Alimento (A Normalização)
Aqui está o ponto crítico. A amostra que liberou essas 120 calorias tinha massa de 0,5 g.
A tabela, no entanto, lista o “Calor de combustão” em cal/g (calorias por CADA grama).
Precisamos padronizar nosso resultado para comparar com a tabela.
Regra de Três Lógica:
- Se 0,5 g liberou ……….. 120 cal
- Então 1,0 g liberaria ……. X cal
X = 120 / 0,5
X = 240 cal/g.
Agora, olhamos para a tabela. O alimento que possui valor 240 é o Alimento IV.
🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
O erro mais sedutor desta questão é parar na Etapa B. O aluno calcula “120 cal”, olha para a tabela e vê o Alimento II com o valor 120. Ele marca a alternativa B feliz da vida.
Cuidado! O valor 120 foi gerado por meia grama de comida. A tabela mostra valores para uma grama inteira. Comparar banana com meia-banana leva ao erro. Sempre verifique a unidade de referência da tabela (cal/g) versus a unidade usada no experimento (0,5 g).
A Bússola (Síntese do raciocínio):
A água ganhou 120 cal. Isso veio de 0,5 g de comida. Logo, 1 g de comida daria 240 cal. O alimento é o IV.
Expectativa:
Buscamos a alternativa correspondente ao valor 240.
PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)
Alternativa (A): I
- Narrativa do Erro: O valor de 15 cal/g está muito distante de qualquer cálculo razoável com os dados fornecidos.
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
Alternativa (B): II
- Diagnóstico do Erro: Armadilha da Falta de Proporção. O candidato calculou corretamente o calor total absorvido pela água (120 cal), mas esqueceu que esse calor veio de apenas 0,5 g de alimento. Ele comparou o calor total da amostra diretamente com o calor específico da tabela, ignorando a massa.
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
Alternativa (C): III
- Narrativa do Erro: Valor intermediário (160 cal/g) que não resulta dos cálculos diretos apresentados.
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
Alternativa (D): IV
- Análise de Correspondência: Ao calcular Q = 120 cal e dividir pela massa da amostra (0,5 g), obtemos 240 cal/g. Este valor bate exatamente com o Alimento IV da tabela fornecida.
- Conclusão: ✔️ Alternativa correta.
Alternativa (E): V
- Narrativa do Erro: O valor 400 cal/g é muito superior ao encontrado. Poderia surgir de um erro grosseiro de multiplicação (ex: multiplicar 4g x 50 graus x 2).
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)
A resposta é (D). A calorimetria exige atenção dupla: calcular a energia trocada e ajustar a massa para a unidade de referência.
Resumo-flash:
Esquentou a água, achou o calor; dobre o valor, pois a amostra era menor.
Para ir Além:
O equipamento real usado para medir as calorias dos alimentos que você vê nos rótulos nutricionais chama-se Bomba Calorimétrica. Ela funciona exatamente com esse princípio, mas é um sistema isolado e fechado (adiabático) para garantir que 100% do calor vá para a água, sem perdas para o ar, garantindo precisão que o “tubo de ensaio” da questão não tem.
