Calorimetria

EXPERIMENTO

CALORIMETRÍA
OBJETIVOS • Determinar la capacidad calorífica de un calorímetro tipo vaso de café. • Determinar cambios en entalpía de varios procesos químicos y físicos utilizando un calorímetro calibrado. INTRODUCCIÓN Casi todas las reacciones químicas absorben o liberan energía. La forma de energía que comúnmente asociamos a las reacciones químicas es el calor. El área de laquímica que estudia los cambios de calor que acompañan estos procesos se llama termoquímica. Al discutir estos cambios de energía se tienen que introducir los términos sistema y ambiente, pues el intercambio de calor ocurre entre éstos. Como sistema podríamos definir la reacción o el proceso bajo estudio en el cuál está ocurriendo un cambio. El ambiente, por su parte, será todo lo que rodea al sistema.Por ejemplo, si tenemos una reacción ocurriendo en un envase, la reacción corresponde al sistema, y el envase y todo lo que le rodea es el ambiente. Como la energía ni se crea ni se destruye, continuamente está ocurriendo un intercambio de calor entre sistemas y ambiente. Cuando en un proceso se libera calor al ambiente, se dice que el proceso es exotérmico. Si por el contrario, el procesoabsorbe calor del ambiente se dice que el proceso es endotérmico (véase siguiente Figura). En una reacción exotérmica, el contenido de calor de los productos es menor que el contenido de calor de los reactivos. En este caso, la diferencia de calor entre los reactivos y los productos es la cantidad de energía que pasa al ambiente. Lo contrario ocurre en las reacciones endotérmicas; los productos tienenun contenido mayor de calor que los reactivos, pues los reactivos absorben el calor del ambiente para que la reacción pueda llevarse a cabo.

Alrededores

Alrededores

Alrededores

Proceso Endotérmico

Proceso Exotérmico

Figura:

Transferencia de calor

Entalpía Las reacciones que ocurren en la naturaleza, en el laboratorio y en los seres vivos se llevan a cabo bajo condiciones depresión atmosférica constante. Los químicos utilizan el término entalpía (H), o contenido de calor, para expresar el calor liberado o absorbido en reacciones o procesos físicos que ocurren a presión constante. Estos cambios de calor, o cambios en entalpía, se representan como ∆H. El símbolo ∆ representa cambio. Para una reacción química, ∆Hrxn representa la diferencia entre la entalpía de losproductos y la entalpía de los reactivos: ∆Hrxn = H(productos) - H(reactivos) ∆H tendrá signo negativo ( ∆H < 0 ) si la entalpía de los productos es menor que la entalpía de los reactivos, cosa que ocurre cuando la reacción es exotérmica. Si la reacción es endotérmica, ∆ H tendrá signo positivo ( ∆H > 0 ). La cantidad de calor liberado o absorbido en una reacción química se puede representar con elsímbolo q, por tal razón este símbolo q puede sustituir el símbolo ∆Hrxn .

Calor Específico y Capacidad Calorífica El calor específico se define como la cantidad de calor necesario para aumentar un grado Celsius a un gramo de una sustancia. Las unidades de calorico son J/g oC ó cal/g oC. La siguiente Tabla presenta valores de calores específicos para algunas sustancias comunes.

Tabla :Calores específicos para algunas sustancias comunes
Sustancia Agua Etanol Calor específico, J/g oC 4.184 2.419 Sustancia Hierro Cobre Calor específico, J/g oC 0.444 0.385

La capacidad calorífica (C) se define como la cantidad de calor necesaria para aumentar un grado Celsius a una muestra de una sustancia. Las unidades de la capacidad calorífica son J/ oC. Calor específico y capacidad calorífica sepueden relacionar entre sí con la siguiente relación matemática donde m es la masa de la muestra en gramos. C = m x calor específico La cantidad de calor (q) que es absorbido o liberado en un proceso se puede determinar con la relación matemática q = masa x calor específico x ∆T ó q = C x ∆T

Calorímetro Las medidas de la cantidad de calor liberado o absorbido en cambios químicos y físicos...