Análisis de los resultados de los experimentos de calorimetría

Definición

Mientras disfruta de una bonita fogata, puede que decida asar unos malvaviscos. A pesar de su cuidadosa atención, se desliza de su bastón y cae al fuego. Observas con tristeza cómo tu malvavisco perfectamente dorado se quema y se convierte en ceniza.

Aunque esta es una historia triste, ¿sabías que al quemar alimentos (y otros compuestos) puedes determinar cuánta energía hay en ese compuesto? En realidad, no podría medirlo en la fogata, pero si tiene un calorímetro, puede hacerlo con bastante facilidad.

Un calorímetro es un dispositivo que quema compuestos y mide el calor emitido para determinar la energía en ese compuesto. Esta información se puede utilizar para determinar las calorías de un alimento, cómo se producirá una reacción, la eficiencia energética de un combustible y muchos otros usos. Los datos obtenidos de un calorímetro se pueden encontrar en tablas como ‘calor de formación’ o ‘calor de combustión’.

Una forma simple de calorímetro es simplemente una taza de poliestireno, agua, el compuesto de interés, una fuente de calor y un termómetro. El termómetro mide el cambio de temperatura del agua que se necesita para quemar el compuesto. Dado que se puede perder una cantidad desconocida de calor a través de la taza de poliestireno, esta versión no es tan exacta como un calorímetro de bomba, pero utiliza la misma idea.

En un calorímetro de bomba, se coloca una muestra en una cámara central y se calienta con una fuente de ignición. Luego, un termómetro registra el cambio de temperatura a medida que se quema la muestra.

Resultados del calorímetro

Entonces, la información que obtienes de un calorímetro es el cambio de temperatura del agua. El resto de los cálculos se basa en el supuesto de que todo el calor (o energía) de la combustión del compuesto se transfiere al agua. La presión también debe tenerse en cuenta, ya que las temperaturas pueden ser diferentes dependiendo de la presión atmosférica.

Por ejemplo, a grandes alturas el agua hierve a una temperatura más baja que al nivel del mar. Por lo tanto, al comparar los resultados de las tablas de calor de formación o de calor de combustión, debe asegurarse de que se utilizó la misma presión para cada tabla.

Para convertir la información de temperatura en unidades de energía, también necesita conocer la masa de su compuesto y el calor específico del agua. La fórmula de calor específico es entonces:

donde Q es energía térmica, c es calor específico, m es masa y delta t es el cambio de temperatura.

Ejemplo

Digamos que está midiendo la energía que se encuentra en la sacarosa (también conocida como azúcar de mesa, que es uno de los ingredientes principales del malvavisco que se quemó antes). Utiliza una muestra de 0,5 gramos de sacarosa, con 100 g de agua, coloca la sacarosa en el recipiente de muestra y lo enciende.

El calor específico del agua es de 4,18 J / g / grado Celsius. La temperatura original del agua era de 25,00 grados Celsius. Lo ves aumentar hasta 26,97 grados. Entonces, el cambio de temperatura fue de 1,97 grados Celsius.

Entonces, Q = 100 gx 4.18 J / g / grado Celsius x 1.97 grados Celsius = 823.46 J. Esta es la cantidad de energía emitida por 0.5 gramos de azúcar de mesa.

Resultados de entalpía y calorímetro

Los resultados que se ven en tablas como el calor de formación o el calor de combustión suelen expresarse en kJ / mol, que son las unidades de entalpía . La información energética del calorímetro se expresó en julios. La conversión de julios a kJ se realiza simplemente dividiendo los julios entre 1000. Luego, para convertirlos en unidades de entalpía, simplemente se multiplica por el peso molecular de una muestra de 1 gramo.

Veamos los resultados que había determinado antes, para una muestra de 0.5 gramos de sacarosa que Q = 823.46 J. Simplemente conviértala a kJ dividiéndola por 1000, obtenemos Q = 0.823 kJ. Como sabemos que era una muestra de 0.5 gramos, podemos decir que el azúcar tiene un calor de combustión de 0.823 kJ / 0.5 g, que es 1.65 kJ / g (dividir 0.823 por 0.5).

Ahora convierta esto a kJ / mol. El peso molecular de la sacarosa es 342,3 g / mol. Entonces, multipliquemos la energía en 1 gramo de sacarosa por el peso molecular de la sacarosa:

1,65 kJ / g * 342,3 g / mol = 565 kJ / mol.

Estas son las unidades que a menudo se encuentran en las tablas y a menudo se analiza la forma en que resulta del calorímetro de bomba.

Resumen de la lección

Los calorímetros son excelentes instrumentos para determinar la cantidad de energía en un compuesto. Funcionan midiendo el cambio de temperatura del agua a medida que se quema un compuesto. Para determinar la energía ( Q ) utilice la Fórmula de calor específico , que multiplica la masa de agua por el calor específico del agua por el cambio de temperatura:

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Esta información a menudo se analiza como entalpía . La entalpía usa las unidades de kJ / mol. Para convertir a kJ / mol, simplemente determine la energía en kJ por gramo y luego multiplíquela por el peso molecular del compuesto.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador