Exemplo resolvido: como medir o conteúdo energético de alimentos usando a calorimetria de uma lata de refrigerante

RKA8JV - Olá, tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de ciências da natureza. Nesta aula, vamos resolver um exemplo que tem como objetivo, medir o conteúdo energético de alimentos usando um calorímetro de lata de refrigerante. Para começar esta aula, é importante falar aqui que a calorimetria se refere à medição do fluxo de calor. Neste exemplo prático, vamos queimar o marshmallow e a partir disso, determinar o conteúdo energético do marshmallow. Primeiro, vamos dar uma olhada na configuração do nosso calorímetro de lata de refrigerante. Nesta lata de refrigerante, temos um pouco de água. Aqui está a água no interior da lata. Também temos um termômetro colocado na lata de refrigerante que tem como objetivo medir a variação de temperatura da água. Se você pegar uma vareta e colocá-la na aba da lata de refrigerante, poderá prendê-la a um suporte. Em seguida, podemos colocar nosso marshmallow em um alfinete preso a um pedaço de cortiça. Antes de começar o experimento, precisamos medir a massa do conjunto "marshmallow, rolha e alfinete". Vamos chamar isso de massa inicial (mi). Também, precisamos medir a temperatura inicial da água. Vamos chamar isso de "Ti". Em seguida, vamos colocar fogo no marshmallow. Conforme o marshmallow queima, o calor é liberado e esse calor é transferido para a água dentro da lata de refrigerante. Devido a isso, a temperatura da água e da lata de refrigerante vai aumentar, que inclusive vamos ver isso no termômetro. Depois que o marshmallow queimar um pouco, vamos interromper o processo de queima. E assim que fizermos isso, vamos olhar o termômetro e identificar a temperatura máxima alcançada. Ao identificar essa temperatura máxima, vamos registrá-la. Essa vai ser a nossa temperatura final (Tf). Quando o conjunto marshmallow, rolha e alfinete esfriar, vamos encontrar a nossa massa final (mf). Vamos dizer que aqui em nosso exemplo, a massa inicial da rolha, ou seja, do pedaço de cortiça do alfinete e do marshmallow seja de 6,08 g, e a massa final seja de 6,00 g. Vamos dizer também que a temperatura inicial da água na lata de refrigerante seja de 25,0 ºC, e a temperatura final seja igual a 30,0 ºC. Além disso, vamos dizer que, inicialmente, a gente tinha 50,0 g de água na lata de refrigerante, e que esse valor não se alterou ao longo do processo. Sabendo de tudo isso, vamos calcular o calor recebido pela água durante o processo. Para fazer isso, podemos usar a equação q = mcΔT, onde "q" é igual ao calor transferido para a água, "m" é a massa da água, que é 50,0 g, "c" é o calor específico da água, que é 4,18 J/gºC, e ΔT é a variação de temperatura, que é igual à temperatura final menos a temperatura inicial da água, ou seja, é igual a 30,0 - 25,0, que é igual a 5,0 ºC. Repare aqui que grama cancela grama e grau Celsius cancela grau Celsius. Ao realizar a cálculo, chegamos à conclusão que "q" é igual a +1,0 vez 10³ J. Temos aqui apenas de dois algarismos significativos, porque é o que a gente tinha aqui na variação de temperatura. O sinal positivo aqui significa que a água recebeu calor, e é por isso que vimos um aumento na temperatura. Assumindo uma transferência de calor perfeita, todo calor que foi liberado pela queima do marshmallow foi transferido para a água. Sendo assim, se a gente pensar em "q" para a queima do marshmallow também, teremos o mesmo módulo. Inclusive, vamos colocar aqui o que é liberado pelo marshmallow, que tem que ser negativo, afinal, ele liberou calor. Temos aqui então -1,0 vez 10³ J. Portanto, assumindo uma transferência perfeita aqui de calor, os módulos desses dois valores são iguais. No entanto, não há como transferir todo o calor da combustão do marshmallow para a lata de refrigerante com essa nossa configuração simples, então, definitivamente, nem tudo foi transferido, afinal, parte do calor pode ter sido perdida para o ambiente. Como a lata de refrigerante está aberta, o que está no interior está submetido a uma pressão atmosférica. Vamos escrever a pressão atmosférica aqui. Como essa pressão é constante, esse calorímetro de lata de refrigerante é um exemplo de calorimetria de pressão constante. E como esse calor é transferido sob pressão constante, eu posso escrever aqui ''qp", para indicar o calor transferido sobre pressão constante. Inclusive, esta é a definição de variação de entalpia ΔH. Ao queimar o marshmallow, foi liberado energia, que é uma reação exotérmica, portanto, sinal para ΔH é negativo. Que tal agora relacionar esse experimento de calorimetria de lata de refrigerante com as calorias da vida cotidiana? Para fazer isso, vamos encontrar o conteúdo energético do marshmallow em calorias por grama. Um detalhe interessante é que é muito comum em algumas tabelas nutricionais ter o valor energético dado em caloria alimentar, que a gente representa com "C" maiúsculo. Na química e na física também há uma unidade de energia com caloria tendo "C" maiúsculo, mas aí é outra coisa, é a capacidade térmica. Aqui neste caso, eu estou falando da caloria alimentar, e a caloria alimentar com "C" maiúsculo é igual a 1 kcal, ou 1000 calorias, com "c" minúsculo. Quando queimamos o marshmallow, começamos com uma massa de 6,08 g para o conjunto rolha, alfinete e marshmallow, e a massa final do conjunto foi de 6,00 g, o que significa que queimamos 0,08 g de marshmallow. Quando queimamos o marshmallow, descobrimos que houve uma transferência de 1,0 vez 10³ J de energia. Então, que tal a gente converter isso para calorias com "c" minúsculo? Nós podemos fazer isso multiplicando pelo fator de conversão. Como sabemos, uma caloria com "c" minúsculo corresponde a 4,184 J. joule cancela joule, e assim teremos 239 calorias com "c" minúsculo. A seguir, vamos converter 239 calorias com "c" minúsculo para caloria alimentar, que é o que a gente representa com "C" maiúsculo. Para fazer isso, vamos pegar 239 calorias e multiplicar pelo fator de conversão, ou seja, 1 kcal corresponde a 1000 calorias com "c" minúsculo. Ao fazer esse cálculo, teremos 0,239 kcal. Lembre-se, 1 kcal é igual a 1 caloria alimentar com "C" maiúsculo, portanto, temos 0,239 kcal ou 0,239 calorias com "C" maiúsculo, que é a caloria alimentar. Para encontrar o conteúdo energético do marshmallow em calorias por grama, precisamos apenas dividir o que temos aqui em caloria alimentar pela massa em gramas do marshmallow que foi queimada. Neste caso, foi 0,08 g. Dividindo por 0,08 g, teremos aproximadamente 3 calorias por grama de marshmallow. E isso é útil, porque caso a gente tenha uma porção de marshmallows que tem uma massa de cerca de 30 g, a gente consegue saber quanto de energia que tem essa massa. Para fazer isso, podemos simplesmente multiplicar este valor pelo nosso conteúdo energético, que é 3 calorias por grama. Os gramas se cancelam, e aí realizando o cálculo, vamos ter cerca de 90 calorias alimentares, que é o que a gente estaria ingerindo. Conseguiu compreender tudo certinho? Ficou alguma dúvida? Eu espero que você tenha compreendido tudo direitinho, e mais uma vez eu quero deixar aqui para você um grande abraço e dizer que te encontro na próxima!