Calor molar de combustión: definición y cálculos

Medición de energía

A menudo hablamos de cuánta energía hay en un compuesto o en un enlace, pero ¿cómo sabemos esto? Una forma en que se determina la energía es calculando el calor molar de combustión.

El calor molar de combustión es la cantidad de calor que se libera cuando quemamos 1 mol de un compuesto. Normalmente, se establece a una presión específica de 1 atmósfera. La razón por la que esto funciona es porque una forma de energía es el calor, por lo que asumimos que toda la energía se convierte en calor.

Calorímetro

Para medir el calor de combustión, se utiliza un calorímetro. Un calorímetro es un sistema aislado donde se puede monitorear toda la transferencia de calor. Cuando enciendes una hoguera, la madera se quema y la energía de los enlaces se transforma en calor. Pero debido a que el calor se escapa al entorno que nos rodea, es realmente difícil medir todo el cambio de calor. Entonces, un calorímetro usa un sistema cerrado para medir el cambio de temperatura.

Normalmente, el calorímetro se llena de agua y se mide el cambio de temperatura en el agua. El agua se usa porque conocemos el calor específico del agua. En otras palabras, sabemos cuánta energía se necesita para aumentar el agua en un grado Celsius. Y es un medio barato y de fácil acceso.

El calor de combustión se calcula multiplicando la masa del agua por el calor específico del agua por el cambio de temperatura. Toda esta ecuación se multiplica por -1, porque el calor de combustión es negativo porque el calor se pierde o se libera.

La fórmula del calor molar de combustión.

Calorímetro de bomba

Para medir el cambio de temperatura, se utiliza un calorímetro de bomba. Un calorímetro de bomba aísla el agua para poder contabilizar todo el calor de la muestra en llamas. Un calorímetro de bomba tiene un baño de agua con un agitador y un termómetro insertados. En el centro del baño de agua está la celda de la bomba, que contiene la muestra y una fuente de ignición. Se registra la temperatura inicial del agua, luego se enciende la muestra. Luego se registra la temperatura final del agua. Luego, podemos usar la ecuación del calor de combustión para determinar la energía en la muestra.

Ejemplo de etanol

Veamos un ejemplo usando etanol. Primero, se configura con 100 gramos de agua en el baño de agua. Registramos la temperatura inicial como 25 grados centígrados.

Luego agregamos 1 gramo de etanol a la celda de la bomba y la encendemos. La temperatura del agua aumenta hasta los 95,91 grados Celsius.

95,91 – 25 = 70,91

Entonces, el cambio de temperatura es de 70,91 grados Celsius. El calor específico del agua es 4.2 J / g / C. Aquí está la ecuación del calor de combustión para el etanol.

El calor de combustión de 1 gramo de etanol es igual a -29,782 J, o 29,780 kJ. 1 g de etanol equivale a 0,0217 moles. Normalmente, el calor molar de combustión se expresa como kJ / mol, por lo que 29,78 / 0,0217 = 1370 kJ / mol.

Otros ejemplos

Ya hemos visto el etanol y el alcohol unidos a los átomos de carbono, así que ahora veremos un alcohol unido a 1 carbono, 3 carbonos y 4 carbonos: metanol, propanol y butanol.

En nuestro calorímetro de bomba, tenemos 500 gramos de agua, y cada una de nuestras muestras será de 1 gramo. Veamos el cambio de temperatura para estos:

• Metanol: 10,89 grados Celsius
• Propanol: 16,04 grados Celsius
• Butanol: 17,22 grados Celsius

Aquí están las ecuaciones del calor de combustión para estos alcanoles.

Ahora cambiemos J a kJ y dividámoslo por moles.

Metanol: -22,869 J = -22,869 kJ. 1 gramo de metanol = 0,03125 moles. Por tanto, -22,869 / 0,03125 = -731,8 kJ / mol

Propanol: -33.683 J = -33.683 kJ. 1 gramo de propanol = 0,0167 moles. Por lo tanto, -33.683 / 0.0167 = -2,016.9 kJ / mol

Butanol: -36,162 J = -36,162 kJ. 1 gramo de butanol = 0,0135 moles. Por lo tanto, -36.162 / 0.0135 = -2,678.7 kJ / mol

Pongamos las cuatro muestras en orden:

• Metanol: -732 kJ / mol
• Etanol: -1,370 kJ / mol
• Propanol: -2,017 kJ / mol
• Butanol: -2,678 kJ / mol

Notarás que de uno a otro, el calor de combustión cambia alrededor de 650 kJ / mol. Esto se debe a que el calor de combustión del CH2 es de aproximadamente 650 kJ / mol. Cada alcanol tiene agregado un CH2 adicional, por lo que obtiene 650 kJ / mol de energía adicionales.

Resumen de la lección

El calor molar de combustión mide la cantidad de energía en un compuesto midiendo cuánta energía, en forma de calor, se libera cuando se quema el compuesto. Se utiliza un calorímetro para medir el calor de combustión. Comercialmente, se utiliza un calorímetro de bomba . Esto coloca la muestra en una celda de bomba en medio de un baño de agua y mide el cambio de temperatura del agua a medida que la muestra se quema. Al multiplicar la masa de agua por el calor específico del agua por el cambio de temperatura, se puede calcular el calor molar de combustión.

La fórmula del calor molar de combustión.