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
- Calorimetria (troca de calor, calor específico, variação de temperatura).
- Termodinâmica (princípio da conservação de energia).
🔢 Nível da Questão
🔹Médio – Exige conhecimento da fórmula de calor sensível e interpretação dos valores experimentais.
✅ Gabarito
- Alternativa D (Alimento IV)
📝 Resolução Passo a Passo
🔍 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
A questão pede para identificar o alimento utilizado no experimento, comparando seu calor de combustão (cal/g) com os valores fornecidos na tabela.
Para isso, precisamos calcular:
1️⃣ O calor absorvido pela água.
2️⃣ O calor liberado pelo alimento e sua relação com a massa.
3️⃣ Comparar com os valores da tabela.
📖 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
- Calorimetria estuda a troca de calor entre corpos.
- Fórmula do calor sensível:
- Q= M.C.ΔT
Onde:
- Q = quantidade de calor (calorias).
- m = massa da substância (g).
- c = calor específico (cal/g°C).
- ΔT = variação de temperatura (°C).
Como o calor perdido pelo alimento é absorvido pela água, podemos igualar os valores.
📌 Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
🔎 O que a questão nos fornece:
- Volume da água = 4 mL
- Temperatura inicial da água = 20°C
- Temperatura final da água = 50°C
- Massa do alimento queimado = 0,5 g
- Densidade da água = 1 g/mL, logo, massa da água = 4 g
- O calor de combustão do alimento deve ser comparado com a tabela.
🚨 Pegadinha da questão: A energia liberada pelo alimento foi calculada para 0,5 g, mas o calor de combustão é dado por grama. O aluno distraído pode errar ao comparar diretamente os valores, sem dobrá-los.
✨ Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
1. Calor absorvido pela água:
Aplicamos a fórmula do calor sensível:
- Q= m.c.ΔT
- Q= 4.1.(50 – 20)
- Q= 4.30 = 120 cal
2. Determinação do calor de combustão do alimento:
O calor liberado pelo alimento é 120 cal, e sabemos que a massa da amostra foi 0,5 g.
O calor de combustão por grama será:
- Calor de Combustão = 120/0.5 = 240 cal/g
3. Comparação com a tabela:
Consultando a tabela, vemos que o Alimento IV tem 240 cal/g.
📝 Passo 5: Análise das Alternativas
- (A) I – 15 cal/g ❌ Muito baixo, não corresponde ao valor calculado.
- (B) II – 120 cal/g ❌ Pegadinha! Esse valor corresponde ao calor total liberado pela amostra de 0,5 g, mas devemos dobrar para comparar corretamente.
- (C) III – 160 cal/g ❌ Menor que o valor correto.
- (D) IV – 240 cal/g ✅ Exatamente o valor encontrado.
- (E) V – 400 cal/g ❌ Muito acima do esperado.
✅ Alternativa correta: D (Alimento IV).
🎯Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
A questão exigia aplicar a fórmula da calorimetria para calcular o calor absorvido e depois determinar o calor de combustão do alimento por grama. O detalhe crucial era perceber que o calor total foi liberado por 0,5 g de amostra, então o valor correto era o dobro do calculado inicialmente.
🔥 Resumo: O aluno desatento poderia cair na pegadinha de comparar diretamente 120 cal com a tabela, sem perceber que era necessário dobrar o valor. Ao corrigir isso, chegamos ao resultado correto de 240 cal/g (Alimento IV).
📌 Sempre verifique se os valores fornecidos correspondem às unidades pedidas na questão para evitar erros comuns!
