¿Qué es un calorímetro? – Definición, usos y ecuaciones

Definición de un calorímetro

Este es un escenario familiar para muchos de nosotros: compras tu comida chatarra favorita y destruyes toda la bolsa o caja de una sola vez. Solo por curiosidad, echas un vistazo a la información nutricional en la parte posterior del paquete y tu estómago lleno cae. Resulta que con este refrigerio consumió más calorías de las que debería consumir en un día. ¿Alguna vez se ha preguntado cómo sabe exactamente el fabricante del alimento cuántas calorías contiene? Gracias a los calorímetros, los fabricantes pueden decirnos exactamente cuántas calorías consumimos cuando comemos su producto.

Se usa un calorímetro para medir la entalpía , la energía térmica, de una reacción. Los calorímetros pueden variar en calidad. Los calorímetros simples se utilizan en las aulas de química de las escuelas secundarias, pero en la industria se utilizan calorímetros mucho más sofisticados.

Tipos y usos de un calorímetro

Hay muchos usos para muchos tipos diferentes de calorímetros. Discutiremos dos de los calorímetros más comunes y sus usos.

1. Calorímetro de taza de café

Un calorímetro de taza de café básico generalmente consiste en una taza de espuma de poliestireno, una tapa aislada y un termómetro a través de un orificio en la tapa. Suele estar lleno de agua. Los calorímetros miden la energía transferida entre el agua de la taza y un objeto que se coloca en el agua.

Los calorímetros de taza de café se utilizan a menudo en los laboratorios de calorimetría de química de la escuela secundaria. Se vierte una masa específica de agua en la taza de espuma de poliestireno y se registra la temperatura del agua. Se coloca rápidamente un objeto o sustancia en el agua y se vuelve a colocar la tapa. Después de uno o dos minutos, se vuelve a medir la temperatura. Este cambio de temperatura se puede utilizar para encontrar la entalpía de fusión (la energía necesaria para congelar o condensar), la entalpía de disolución o el calor específico de un objeto (la cantidad de energía necesaria para cambiar la temperatura de un gramo de la sustancia por 1 ° C). Cada sustancia tiene un calor específico único.

Una limitación de este tipo de calorímetro es que la espuma de poliestireno no es un aislante perfecto. Se perderá algo de energía en los alrededores. Por su calidad, el uso de calorímetros de taza de café suele estar restringido al aula.

2. Calorímetro de bomba

Un calorímetro de bomba es mucho más sofisticado que un calorímetro de taza de café. Los calorímetros de bomba consisten en un recipiente exterior grande hecho de un metal que no conduce el calor fácilmente. Este recipiente suele estar lleno de agua o aceite. Hay un termómetro y un agitador en la parte superior del recipiente exterior. Hay un recipiente interior más pequeño que contiene la muestra que se está analizando. Los cables para una corriente eléctrica están dentro del contenedor interno.

Los calorímetros de bomba se utilizan para medir la energía de las reacciones de combustión (combustión). Se introduce una corriente eléctrica en el recipiente interior para quemar la muestra. Las lecturas de temperatura del agua en el recipiente exterior se pueden usar para encontrar la energía de combustión de la muestra que se está probando. Este tipo de calorímetro se utiliza para encontrar el contenido calórico de alimentos específicos. Los calorímetros de bomba también se han utilizado para medir la eficiencia de las máquinas de vapor.

Ecuación de un calorímetro

Quizás se pregunte cómo la medición de los cambios de temperatura dentro de un calorímetro ayuda a los científicos a determinar la energía intercambiada dentro del calorímetro. Ahí es donde entra en juego la ecuación de calorimetría.

q = mcΔT

• q es la entalpía de la energía térmica de la reacción. Esto se mide en julios (J).
• m es la masa de la muestra. Esto se mide en gramos (g) o kilogramos (kg).
• c es el calor específico del objeto colocado en el calorímetro. Esto se mide en julios por gramo o kilogramo grados Celsius o Kelvin (J / g ° C, J / kg ° C, J / g ° K o J / kg ° K).
• ΔT es el cambio de temperatura (temperatura final – temperatura inicial). ΔT se mide en grados Celsius o Kelvin (° C o ° K).

Si uno conoce los valores de tres de las cuatro variables, es fácil reorganizar la ecuación, sin embargo, es necesario para encontrar el valor que falta. Además, de acuerdo con la Primera Ley de la Termodinámica, cuando se trabaja con dos objetos (el agua en el calorímetro y el objeto o sustancia colocada en el calorímetro), la energía perdida por un objeto será igual a la energía ganada por el otro. De esta idea se derivó la siguiente ecuación:

-q = q

o

-mcΔT = mcΔT

El -q o -mcΔT es el objeto que está transfiriendo la energía, y el q o mcΔT es el objeto la obtención de la energía. Suponiendo que tenemos los valores de siete de las ocho variables, podemos resolver cualquiera de las otras variables de la ecuación.

Por ejemplo, si colocamos una pieza de aluminio calentado dentro de un calorímetro, podríamos calcular el calor específico ( c ) del aluminio siempre que midamos los valores de las otras siete variables. Dado que el aluminio transferirá parte de su energía al agua en el calorímetro, el aluminio sería -q y el agua sería q .

Resumen de la lección

Repasemos brevemente lo que hemos aprendido. Los calorímetros son equipos que se utilizan para medir la entalpía , que es la energía térmica, de una reacción. Hay dos tipos de calorímetros de uso común: calorímetros de taza de café y calorímetros de bomba. Los calorímetros de taza de café se utilizan para aplicaciones sencillas en las que los resultados no necesitan ser precisos. A menudo se utilizan en las aulas de química de la escuela secundaria. Los calorímetros de bomba se utilizan en la industria y son mucho más complejos y precisos que los calorímetros de taza de café. Se utilizan para encontrar el contenido calórico de los alimentos. La ecuación de calorimetría se puede utilizar para encontrar la energía térmica de una reacción y el calor específico de una sustancia.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador