Calorimetria

FACULTAD DE AGRONOMÍA. GD NUTRICIÓN Y CALIDAD DE ALIMENTOS. CURSO NUTRICIÓN APLICADA. 2007. PRÁCTICO 3. CALORIMETRÍA. Docente responsable: Ana Ramos INTRODUCCIÓN Casi todas las reacciones químicas absorben o liberan energía, generalmente en forma de calor. El calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas. Es usual hablar 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. Cuando durante una reacción se absorbe calor se dice que es una reacción endotérmica y si se libera calor es una reacción exotérmica. Acorde a laprimera ley de la termodinámica los cambios endotérmicos se expresan con signo positivo y los exotérmicos con signo negativo. El cambio de entalpía ocurrido en la reacción directa es exactamente opuesto en la reacción inversa. La magnitud del cambio depende de la constitución, el estado físico de reactivos y productos y de la expresión estequeométrica. Los cambios térmicos pueden ocurrir a presiónconstante o a volumen constante y se expresan con las siguientes ecuaciones: ∆H = qp= 0 ∆E = qv = 0 donde ∆H representa el cambio de entalpía y ∆E el cambio de energía. La ∆H se puede determinar experimentalmente midiendo el flujo de calor que acompaña a una reacción a presión constante, y la ∆E a volumen constante. En el laboratorio, los cambios de calor de los procesos físicos o químicos se midencon un calorímetro, que es un 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. Lacapacidad 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 una sustancia es: C = ms donde m es la masa de la sustancia engramos. En esta práctica sólo estudiaremos los cambios de energía a volumen constante.

Calorimetría a volumen constante. Para medir el calor de combustión se coloca una masa conocida de una muestra en un recipiente de acero, denominado bomba calorimétrica a volumen constante, que se llena con oxígeno, a más o menos 30 atm de presión. La bomba cerrada se sumerge en una cantidad conocida deagua en un recipiente aislado. El agua para la medición está rodeada de una camisa con agua que hace a la bomba adiabática. La muestra se enciende eléctricamente y el calor producido por la reacción de combustión se puede calcular con exactitud al registrar el aumento de temperatura en el agua. El calor liberado por la muestra es absorbido por el agua y por la bomba calorimétrica. Se puede consideraral conjunto formado por la bomba calorimétrica y el agua en la que se sumerge como un sistema aislado. Debido a que no entra ni sale calor del sistema durante el proceso, se puede escribir: qsistema = qagua + qbomba + qreacción = 0 donde qagua , qbomba y qreacción son los cambios de calor del agua, de la bomba y de la reacción, respectivamente. Así: qreacción = -( qagua + qbomba) El signonegativo de esta ecuación indica que el calor se libera, de tal forma que para fines de cálculo, se puede omitir, quedando de la siguiente forma: qreacción = qagua + qbomba La cantidad qagua se obtiene por: q = ms∆t qagua = (magua)( 4.184J/g oC) ∆t donde: ∆t = tfinal -tinicial s = calor específico del agua = 1cal/gºC El producto de la masa de la bomba por su calor específico es la capacidad calorífica...