Calorimetria

- febrero 04, 2018

La Calorimetría

es la parte de la física que se encarga de medir la cantidad de calor generada o perdida en ciertos procesos físicos o químicos. El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro. Consta de un termómetro que está en contacto con el medio que está midiendo. En el cual se encuentran las sustancias que dan y reciben calor. Las paredes deben estar lo más aisladas posibles ya que hay que evitar al máximo el intercambio de calor con el exterior. De lo contrario las mediciones serían totalmente erróneas. Para comprender como se puede medir la cantidad de calor analizaremos dos situaciones:

Las compresas frías son bastante empleadas para aliviar dolores musculares. Ahora analicemos que ha ocurrido, desde el punto de vista termodinámico:

⦁ La compresa ha estado en el congelador, por lo tanto se encuentra fría´, entre 0°C y unos 4°C .

⦁ La compresa se coloca sobre la pierna del paciente, ésta debe estar a unos 36 o 37°C.

⦁ Al cabo de cierto tiempo, la compresa ya no está "fría", y la pierna del paciente ya no está a la temperatura inicial.

La compresa ganó calor y que este calor fue cedido por la pierna del paciente.

Si un clavo de hierro lo pones al fuego, hasta que se encuentra al “rojo vivo” (alta temperatura), y lo introduces en un vaso con agua a temperatura ambiente. Tu experiencia te dice que el agua se calentará.

Si analizamos la situación desde el punto de vista termodinámico, podemos pensar que:

⦁ el clavo es el sistema y al agua es el entorno, diremos que el calor liberado por el sistema (qsistema<0), ha sido absorbido por el entorno (qentorno>0)

Si para realizar el experimento del clavo empleamos un calorímetro. Teniendo en cuenta que un calorímetro es un recipiente adiabático (sistema aislado, que no permite la entrada ni salida de calor), en donde el q=0, podremos concluir:

-q liberado = q absorbido

El calor de una reacción se mide en un calorímetro, recipiente adiabático en donde se determina el calor absorbido o desprendido durante la reacción. Hay dos clases de calorímetros, cada uno de ellos emplea un proceso diferente y han sido diseñados para situaciones diferentes también.

⦁ Calorímetro a presión constante: mide el calor a presión constante, por lo tanto determina directamente la variación de la Entalpía:

⦁ Calorímetro a volumen constante, llamado también bomba calorimétrica: mide el calor a volumen constante, por lo tanto determina directamente la variación de la energía interna:

Calorimetría a Volumen Constante:

En la figura que se da a continuación se muestra el esquema de una bomba calorimétrica (calorímetro a volumen constante)

Si queremos determinar el calor de reacción de la combustión de una muestra, colocamos la muestra en una bomba calorimétrica.

Lo que ocurrirá en el interior de la bomba, lo podemos ver en el esquema siguiente:

Ahora debemos calcular la cantidad de calor absorbido por el agua y por la bomba calorimétrica, con estos dos datos podemos calcular el calor de la reacción de combustión.

Teniendo en cuenta la cantidad de agua que contiene el calorímetro, por lo general está cantidad es constante para cada equipo.

Cálculo de la cantidad de calor absorbido por el agua

Para poder calcular el calor absorbido por la bomba calorimétrica, necesitamos conocer:

⦁ la masa de la bomba, y

⦁ el calor específico del material con el que está fabrica. En muchos casos como el masa de la bomba es constante el fabricante proporciona la capacidad calorífica

Cálculo de la cantidad de calor absorbido por la bomba calorimétrica;

Si se conoce, la capacidad calorífica del material de la bomba (la masa de la bomba y el calor específico del material del que está hecha, permanecen constantes), podemos decir:

Cuando se trabaja siempre con la misma bomba calorimétrica:

⦁ la masa de agua y de la bomba son constantes.

⦁ el calor específico del agua y del material también son constantes.

En un proceso isobárico la variación de la energía interna se expresa:

⦁ Si el sistema lo forman gases ideales:

⦁ Lo que nos lleva a:

Calorimetría a Presión Constante:

Los calorímetros a presión constante son dispositivos mucho más sencillos que las bombas calorimétricas. De manera muy sencilla un calorímetro a presión constante se puede construir con dos vasos descartables, o con un termo, como lo muestra la diagrama siguiente. Lo importante es que el dispositivo empleado sea adiabático.

Se utiliza para medir el calor de reacción cuando los reactantes y productos no se encuentran en estado gaseoso.