Introducción a la Química
Objetivo de aprendizaje
- Describir cómo funciona un calorímetro de bomba
Puntos Clave
- Un calorímetro de bomba se utiliza para medir el cambio en la energía interna, \Delta U , de una reacción. A volumen constante, esto es igual a qV, el calor de reacción.
- El calorímetro tiene su propia capacidad calorífica, que debe tenerse en cuenta al hacer los cálculos.
Términos
- el calorímetro de bomba calorimeterA es un tipo de calorímetro de volumen constante utilizado para medir el calor de combustión de una reacción en particular.
- Caloriala cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 °C. Es una unidad de energía no SI equivalente a aproximadamente 4,18 Julios. A Caloría (con C mayúscula) = 1000 calorías.
El calorímetro de bomba
La calorimetría de bomba se utiliza para medir el calor que una reacción absorbe o libera, y se usa prácticamente para medir el contenido calórico de los alimentos. Un calorímetro de bomba es un tipo de calorímetro de volumen constante utilizado para medir el calor de combustión de una reacción en particular. Por ejemplo, si estuviéramos interesados en determinar el contenido de calor de un rollo de sushi, por ejemplo, buscaríamos averiguar la cantidad de calorías que contiene. Para hacer esto, colocaríamos el rollo de sushi en un recipiente conocido como la “bomba”, lo sellaríamos y luego lo sumergiríamos en el agua dentro del calorímetro. Luego, evacuaríamos todo el aire de la bomba antes de bombear gas de oxígeno puro (O2). Después de agregar el oxígeno, un fusible encendería la muestra causando que se quemara, produciendo dióxido de carbono, agua gaseosa y calor. Como tal, los calorímetros de bomba están construidos para soportar las grandes presiones producidas por los productos gaseosos en estas reacciones de combustión.
Una vez que la muestra está completamente quemada, el calor liberado en la reacción se transfiere al agua y al calorímetro. El cambio de temperatura del agua se mide con un termómetro. El calor total emitido en la reacción será igual al calor ganado por el agua y el calorímetro:
q_{rxn}=-q_{cal}
Tenga en cuenta que el calor ganado por el calorímetro es la suma del calor ganado por el agua, así como el calorímetro en sí. Esto se puede expresar de la siguiente manera:
q_{cal} = m_ {agua} C_ {agua}\Delta T+C_{cal}\Delta T
donde Cwater denota la capacidad calorífica específica del agua (1 \frac{cal}{g ^{\circ}C}), y Ccal es la capacidad calorífica del calorímetro (típicamente en \frac{cal}{^{\circ}C}). Por lo tanto, al ejecutar experimentos de calorimetría de bomba, es necesario calibrar el calorímetro para determinar Ccal.
Dado que el volumen es constante para un calorímetro de bomba, no hay trabajo de presión-volumen. Como resultado:
ΔU = qV
donde ΔU es el cambio en la energía interna, y qV indica el calor absorbido o liberado por la reacción medida en condiciones de volumen constante. (Esta expresión se derivaba previamente en la sección” Energía Interna y Entalpía”. Por lo tanto, el calor total emitido por la reacción está relacionado con el cambio en la energía interna (ΔU), no con el cambio en la entalpía (ΔH) que se mide en condiciones de presión constante.
El valor producido por tales experimentos no refleja completamente cómo nuestro cuerpo quema los alimentos. Por ejemplo, no podemos digerir la fibra, por lo que los valores obtenidos deben corregirse para tener en cuenta tales diferencias entre los valores experimentales (totales) y reales (lo que el cuerpo humano puede absorber).
