Calorimetría

Introducción

La calorimetría se encarga de medir el calor en una reacción química o un cambio físico usando un calorímetro.
Calor es la energía que se intercambia entre un sistema y sus alrededores como resultado de una diferencia de temperaturas. La energía, en forma de calor, pasa desde el cuerpo más caliente ( con una temperatura más alta) hasta el cuerpo más frío (con una temperatura másbaja). A nivel molecular, las moléculas del cuerpo más caliente ceden energía cinética a través de colisiones a las moléculas del cuerpo más frío. La fórmula que nos da el calor cedido o absorbido por un cuerpo cuando varía su temperatura:
 Q=m cuerpo• Ce (cuerpo).( TF- TI)
Un calor de reacción qr es la cantidad de calor intercambiado entre un sistema y sus alrededores cuando tiene lugar unareacción química en el seno del sistema, a temperatura constante.
El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.
Mencionaremos dos tipos de calorímetros:
Bomba calorimétrica:Especialmente diseñado para medir el calor desprendido en una reacción de combustión. El sistema está formado por todo lo que se encuentra dentro de la doble pared exterior del calorímetro, incluyendo el recipiente de acero y sus contenidos, el agua en la que está sumergido este recipiente, el termómetro, el agitador, etc. Cuando tiene lugar la reacción de combustión, la energía química seconvierte en energía térmica y la temperatura del sistema aumenta.

El calorímetro de “vaso de poliestireno”

En los laboratorios de química general es mucho más probable que se encuentre con un sencillo calorímetro que con una bomba calorímétrica. Se mezclan los reactivos en un vaso de poliestireno y se mide la variación de temperatura. El poliestireno es un buen aislante térmico, así que haymuy poca transferencia de calor del vaso al aire circundante.
Se define como calor específico al calor, por unidad de masa, necesario para incrementar la temperatura de un cuerpo un grado centígrado.
El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado. Las medidasexperimentales de los calores específicos pueden realizarse por varios procedimientos. En esta práctica vamos a utilizar el método de las mezclas. La descripción del proceso que tiene lugar es la siguiente:
Se introduce en un sistema adiabático (calorímetro) una cantidad de agua de masa M a temperatura ambiente. Una vez alcanzado el equilibrio térmico, el calorímetro y el agua estarán a la mismatemperatura T0. Si en ese momento, introducimos en el sistema una muestra del sólido a estudiar, de masa m y calor específico Cm, a una temperatura T1, el sistema constituido por el agua, el calorímetro y la muestra evolucionará hacia un estado de equilibrio térmico a la temperatura T2.
Esta evolución se realiza a presión constante (P atmosférica) y sin intercambio de calor con el exterior(sistema adiabático), por lo que,
Qabsorbido = Qcedido
Pudiendo plantear las ecuaciones siguientes:
Qabsorbido por el agua = M• Ce • (T2-T0)
Qabsorbido por el calorímetro = K• Ce • (T2-T0)
Qcedido por la muestra = m• Cm • (T1-T2)
siendo:
M = masa de agua introducida en el calorímetro.
m = masa de la muestra metálica a estudiar.
K = equivalente en agua del calorímetro.
Ce = calor específicodel agua (1 cal/gºC)
Cm = calor específico del metal.
T0 = temperatura inicial del sistema agua-calorímetro.
T1 = temperatura inicial de la muestra metálica.
T2 = temperatura final de equilibrio del sistema agua-calorímetro-muestra.
La ecuación global es:
(M+K)• Ce •(T2-T0) = m•Cm•(T1-T2)
y despejando Cm, podemos calcular el calor específico de la muestra metálica, según la ecuación:...