Introducción a la Química

Términos

• calorímetro de taza de café Un ejemplo de calorímetro de presión constante.
• Adiabático que no permite cualquier transferencia de energía térmica; perfectamente aislante.
• el calorímetro de presión constante mide el cambio en la entalpía de una reacción que ocurre en solución, durante la cual la presión permanece constante.

Calorimetría de presión constante

Un calorímetro de presión constante mide el cambio en la entalpía de una reacción que se produce en una solución líquida. En ese caso, la presión gaseosa por encima de la solución permanece constante, y decimos que la reacción se produce en condiciones de presión constante. El calor transferido a/desde la solución para que ocurra la reacción es igual al cambio en la entalpía (\Delta H = q_P), y un calorímetro de presión constante mide este calor de reacción. En contraste, el volumen de un calorímetro de bomba es constante, por lo que no hay trabajo de presión-volumen y el calor medido se relaciona con el cambio en la energía interna (\Delta U=q_V).

Un ejemplo simple de un calorímetro de presión constante es un calorímetro de taza de café, que está construido a partir de dos tazas de espuma de poliestireno anidadas y una tapa con dos orificios, que permite la inserción de un termómetro y una varilla de agitación. La copa interior contiene una cantidad conocida de líquido, generalmente agua, que absorbe el calor de la reacción. Se supone que la copa exterior es perfectamente adiabática, lo que significa que no absorbe calor en absoluto. Como tal, se supone que la copa exterior es un aislante perfecto.

Cálculo de calor específico

Los datos recogidos durante un experimento de calorimetría de presión constante pueden utilizarse para calcular la capacidad calorífica de una sustancia desconocida. Ya conocemos nuestra ecuación que relaciona el calor (q), la capacidad calorífica específica (C) y el cambio en la temperatura observada (\Delta T):

q=mC\Delta T

Ahora ilustraremos cómo usar esta ecuación para calcular la capacidad calorífica específica de una sustancia.

Ejemplo 1

Un estudiante calienta una muestra de 5,0 g de un metal desconocido a una temperatura de 207 ^ \ CIRC, y luego deja caer la muestra en un calorímetro de taza de café que contiene 36,0 g de agua a 25,0 ^ \ Circ. Una vez establecido el equilibrio térmico, la temperatura final del agua en el calorímetro es de 26.0^ \ circC. ¿Cuál es el calor específico del metal desconocido? (El calor específico del agua es de 4.18 \frac {J} {g^\circ C})

Las paredes de la taza de café del calorímetro, se asume perfectamente adiabático, por lo que podemos asumir que todo el calor del metal se transfiere al agua:

-q_{metal}=q_{agua}

Sustituyendo en nuestra ecuación anterior, obtenemos:

-m_{metal}C_{metal} \Delta T_{metal}=m_{agua}C_{agua}\Delta T_{agua}

Entonces podemos conectar a nuestro valores conocidos:

-(5.0\;g)C_{metal}(26.0^\circ C-207^\circ C)=(36.0\;g)(4.18\; \frac {J}{g^\circ C})(26.0^\circ C-25.0^\circ C)

Problemas para C_{metal}, obtenemos

C_{metal}=0.166\; \frac {J} {g^\circ C}

La capacidad de calor específico del metal desconocido es 0.166 \frac {J} {g ^\circ C} .

Ejemplo 2

Para determinar la entalpía estándar de la reacción H+(aq) + OH–(aq) → H2O(l), se pueden combinar volúmenes iguales de soluciones de 0,1 M de HCl y NaOH inicialmente a 25°C.

Este proceso es exotérmico y, como resultado, se liberará una cierta cantidad de calor qP en la solución. El número de julios de calor liberado en cada gramo de la solución se calcula a partir del producto del aumento de la temperatura y de la capacidad calorífica específica del agua (suponiendo que la solución esté lo suficientemente diluida para que su capacidad calorífica específica sea la misma que la del agua pura). La cantidad total de calor transferido se puede calcular multiplicando el resultado por la masa de la solución.

\Delta H=q_P = m_{sol’n}C_{agua} \Delta T_{sol’n}

Tenga en cuenta que ΔH = qP porque el proceso se lleva a cabo a presión constante.