Bomba Calorimetrica

BOMBA CALORIMETRICA

Objetivos:
a) Determinar el poder calorífico superior de un combustible.
b) Aprender la utilidad de la bomba calorimétrica
c) Determinar experimentalmente la constante del calorímetro (capacidad
calorífica), empleando una muestra que produce una cantidad conocida de
calor.

Introducción:
Casi todas las reacciones químicas absorben o producen (liberan)energía,
generalmente en forma de calor. Es importante entender la diferencia entre
energía térmica y calor. El calor es la transferencia de energía térmica entre dos
cuerpos que están a diferentes temperaturas. Con frecuencia se habla de “flujo de
calor” desde un objeto caliente hacia uno frío. A pesar de que el término calor por
sí mismo implica transferencia de energía, generalmente se habla de“calor
absorbido” o “calor liberado” para describir los cambios energéticos que ocurren
durante un proceso.
Las reacciones que ocurren durante un proceso pueden ser endotérmicas, si
absorben calor, o exotérmicas, si desprenden calor. Los cambios endotérmicos se
expresan con signo positivo, y los cambios exotérmicos con signo negativo, de
acuerdo con la primera ley de la termodinámica. Elcambio de entalpía ocurrido en
la reacción directa es exactamente opuesto en la reacción inversa. Este efecto
térmico es el mismo sin importar si la reacción ocurre en una o varias etapas. La
magnitud del cambio depende de la constitución, el estado físico de reactivos y
productos y de la expresión estequiométrica.
Los cambios térmicos pueden ocurrir a presión constante o a volumen constante y
seexpresan con las siguientes ecuaciones:
ΔH = qp= 0 ΔE = qv = 0
donde ΔH representa el cambio de entalpía y ΔE el cambio de energía. La ΔH se
puede determinar experimentalmente midiendo el flujo de calor que acompaña a
una reacción a presión constante, y la ΔE a volumen constante.
En el laboratorio, los cambios de calor de los procesos físicos o químicos se miden
con un calorímetro, que esun recipiente cerrado diseñado específicamente para
este propósito. El estudio de la calorimetría, la medición de los cambios de calor,
depende de la comprensión de los conceptos de calor específico y capacidad
calorífica.
El calor específico (s) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para
elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. La
capacidad calorífica(C) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para
elevar un grado Celsius la temperatura de una determinada cantidad de sustancia.
El calor específico es una propiedad intensiva, en tanto la capacidad calorífica es
una propiedad extensiva. La relación
entre la capacidad calorífica y el calor específico de un sustancia es:
C = ms
donde m es la masa de la sustancia en gramos.
Comose ha mencionado dependiendo de la naturaleza del proceso que se estudia
se emplearan las técnicas y equipos necesarios. En el caso particular de nuestra
práctica sólo estudiaremos los cambios de energía a volumen constante, ya que
por medio de una reacción de combustión conoceremos la capacidad calorífica de
nuestro producto.
Calorimetría a volumen constante. Para medir el calor de combustiónse coloca
una masa conocida de un compuesto en un recipiente de acero, denominado
bomba calorimétrica a volumen constante, que se llena con oxígeno, a más o
menos 25 atm de presión. La bomba cerrada se sumerge en una cantidad conocida
de agua, como se muestra en la fig. No. 1. La muestra se enciende eléctricamente
y el calor producido por la reacción de combustión se puede calcular conexactitud
al registrar el aumento de temperatura en el agua. El calor liberado por la muestra
es absorbido por el agua y por el calorímetro. El diseño especial de la bomba
calorimétrica permite suponer que no hay pérdida de calor (o de masa) hacia los
alrededores durante el tiempo en el que hacen las mediciones. Como
consecuencia, se puede decir que la bomba calorimétrica y el agua en la que...