- Història de l'calorímetre
- Parts
- Tipus i les seves característiques
- El got de cafè
- La bomba calorimètrica
- El calorímetre adiabàtic
- El calorímetre isoperibólico
- El calorímetre de flux
- El calorímetre per calorimetria per escaneig diferencial
- aplicacions
- en fisicoquímica
- En sistemes biològics
- Calorímetre de bomba d'oxigen i el poder calòric
- referències
El calorímetre és un dispositiu que s'utilitza per mesurar el canvi de temperatura d'una quantitat de substància (en general aigua) de calor específica conegut. Aquest canvi de temperatura es deu a la calor absorbida o despresa en el procés que s'està estudiant; químic si és una reacció, o físic si consisteix d'un canvi de fase o estat.
Al laboratori el calorímetre més simple que es pugui trobar és el de l'got de cafè. Es fa servir per mesurar la calor absorbida o alliberat en una reacció a pressió constant, en dissolució aquosa. Les reaccions es seleccionen per evitar la intervenció de reactius o productes gasosos.
Font: By Ichwarsnur, from Wikimedia CommonsEn una reacció exotèrmica, la quantitat de calor que es desprèn pot calcular-se a partir d'l'augment de la temperatura de l'calorímetre i de la dissolució aquosa:
Quantitat de calor que es desprèn en la reacció = quantitat de calor que absorbeix el calorímetre + quantitat de calor que absorbeix la dissolució
La quantitat de calor que absorbeix el calorímetre es denomina capacitat calòrica de l'calorímetre. Aquesta es determina subministrant una quantitat coneguda de calor a l'calorímetre amb una determinada massa d'aigua. Després, es mesura l'augment de temperatura de l'calorímetre i de la dissolució que conté.
Amb aquestes dades, i l'ús de la calor específica de l'aigua (4,18 J / g.ºC), es pot calcular la capacitat calòrica de l'calorímetre. A aquesta capacitat també se li nomena constant de l'calorímetre.
D'altra banda, la calor guanyat per la dissolució aquosa és igual am · ce · At. A la fórmula m = massa d'aigua, ce = calor específica de l'aigua i At = variació de temperatura. Sabent tot això, es pot llavors calcular la quantitat de calor alliberada per la reacció exotèrmica.
Història de l'calorímetre
En 1780, A EL Lavoisier, químic francès, considerat com un dels pares de la química, va utilitzar un conillet d'índies per a mesurar la producció de calor per la seva respiració.
Com? Mitjançant un dispositiu semblant a un calorímetre. La calor produïda pel conillet d'índies era evidenciat per la fusió de la neu que envoltava l'aparell.
Els investigadors A. L Lavoisier (1743-1794) i PS Laplace (1749-1827) van dissenyar un calorímetre que servia per mesurar la calor específica d'un cos pel mètode de la fusió de el gel.
El calorímetre constava d'un got cilíndric de llauna, envernissat, sostingut per un trípode i acabat internament amb embut. Al seu interior, estava col·locat un altre got, semblant a l'anterior, amb un tub que travessava la càmera exterior i que estava proveït d'una clau. Dins el segon got es trobava una reixeta.
En aquesta reixa es col·locava l'ésser o objecte del qual calor específica es desitjava determinar. A l'interior dels vasos concèntrics es col·locava gel, a l'igual que a la cistella.
La calor produïda pel cos era absorbit pel gel, provocant la seva fusió. I l'aigua líquida producte de la fusió de el gel era recollida, obrint la clau de l'got interna.
I finalment, pesada l'aigua, es coneixia la massa de gel fos.
Parts
El calorímetre més usat en els laboratoris de docència de química, és el calorímetre anomenat de got de cafè. Aquest calorímetre consta d'un vas de precipitat, o en el seu lloc, un recipient de material d'anime que té certes propietats aïllants. Dins d'aquest recipient es col·loca la dissolució aquosa amb el cos que va a produir o absorbir calor.
A la part superior de l'recipient es col·loca una tapa de material aïllant amb dos orificis. En un s'introdueix un termòmetre per mesurar els canvis de temperatura, i en l'altre un agitador, preferiblement de material de vidre, el qual compleix la funció de moure el contingut de la dissolució aquosa.
La imatge mostra les parts d'una bomba calorimètrica; però, pot observar-se que posseeix el termòmetre i l'agitador, elements comuns en diversos calorímetres.
Tipus i les seves característiques
El got de cafè
És aquell que es fa servir en la determinació de la calor alliberada per una reacció exotèrmica, i la calor absorbida en una reacció endotèrmica.
A més, pot ser usat en la determinació de la calor específica d'un cos; és a dir, la quantitat de calor que necessita absorbir un gram de la substància per elevar la seva temperatura en un grau Celsius..
La bomba calorimètrica
És un dispositiu en el qual es mesura la quantitat de calor que es desprèn o s'absorbeix en una reacció que ocorre a volum constant.
La reacció té lloc en un recipient d'acer resistent (la bomba), el qual es submergeix en un volum gran d'aigua. Això fa que els canvis de temperatura d'l'aigua siguin petits. Per tant, s'assumeix que els canvis associats a la reacció són mesurats a volum i temperatura constant.
L'anterior indica que no es realitza treball quan una reacció es porta a terme en una bomba calorimètrica.
La reacció s'inicia pel subministrament d'electricitat a través de cables connectats a la bomba.
El calorímetre adiabàtic
Es caracteritza per tenir una estructura aïllant anomenada escut. L'escut es troba al voltant de la cel·la on es produeixen els canvis de calor i temperatura. Així mateix, està connectat a un sistema electrònic que manté la seva temperatura molt propera a la de la cel·la, per evitar així la transferència de calor.
En un calorímetre adiabàtic es minimitza la diferència de temperatura entre el calorímetre i els seus voltants; així com es minimitza el coeficient de transferència de calor i el temps per a l'intercanvi de calor.
Les seves parts consten de les següents:
-La cel·la (o recipient), integrada a un sistema d'aïllament mitjançant el qual es tracta d'evitar la pèrdua de calor.
-El termòmetre, per mesurar els canvis de temperatura.
-Un escalfador, connectat a una font controlable de tensió elèctrica.
-I l'escut, ja esmentat.
En aquest tipus de calorímetre es poden determinar propietats com l'entropia, la temperatura de Debye i la densitat electrònica d'estat.
El calorímetre isoperibólico
És un dispositiu en el qual la cel·la de reacció i la bomba estan immerses en una estructura anomenada jaqueta. En aquest cas, l'anomenada jaqueta consisteix d'aigua, mantinguda a temperatura constant.
La temperatura de la cel·la i la bomba s'eleven a mesura que s'allibera calor durant el procés de combustió; però la temperatura de la jaqueta d'aigua es manté a una temperatura fixa.
Un microprocessador controla la temperatura de la cel·la i la jaqueta, fent les correccions necessàries de la calor de fugida que resulta de les diferències entre les dues temperatures.
Aquestes correccions s'apliquen contínuament, i amb una correcció final, basada en els mesuraments abans i després de la prova.
El calorímetre de flux
Desenvolupat per Caliendar, compta amb un dispositiu per moure un gas en un recipient a una rapidesa constant. A l'afegir calor es mesura l'increment de la temperatura en el fluid.
El calorímetre de flux es caracteritza per:
- Una mesurament exacte de la rapidesa de l'flux constant.
- Mesura exacta de la quantitat de calor introduïda a el fluid a través d'un calefactor.
- Una mesurament exacte de l'increment de la temperatura al gas causada per l'entrada d'energia
- Un disseny per mesurar la capacitat d'un gas sota pressió.
El calorímetre per calorimetria per escaneig diferencial
Es caracteritza per tenir dos recipients: en un es col·loca la mostra a estudiar, mentre que l'altre es manté buit o s'utilitza un material de referència.
S'escalfen els dos recipients a una rapidesa constant d'energia, per mitjà de dos calefactors independents. Quan s'inicia l'escalfament dels dos recipients, l'ordinador graficará la diferència de flux de calor dels calefactors contra la temperatura, podent-determinar així el flux de calor.
A més, es pot determinar la variació de la temperatura en funció de el temps; i finalment, la capacitat calòrica.
aplicacions
en fisicoquímica
-Els calorímetres bàsics, tipus got de cafè, permeten mesurar la quantitat de calor que desprèn o absorbeix un cos. En ells es pot determinar si una reacció és exotèrmica o endotèrmica. A més, es pot determinar la calor específica d'un cos.
-Amb el calorímetre adiabàtic s'ha pogut determinar l'entropia d'un procés químic i la densitat electrònica d'estat.
En sistemes biològics
-Els microcalorímetros s'usen per estudiar sistemes biològics que inclouen interaccions entre les molècules, així com els canvis conformacionals moleculars que tenen lloc; per exemple, en el desplegat d'una molècula. La línia inclou tant l'escombrat diferencial com la titulació isotèrmica.
-El Microcalorímetre s'usa en el desenvolupament de medicaments de molècules petites, bioterapèutics i vacunes.
Calorímetre de bomba d'oxigen i el poder calòric
En el calorímetre de bomba d'oxigen es produeix la combustió de nombroses substàncies, es pot determinar el seu poder calòric. Entre les substàncies estudiades mitjançant l'ús d'aquest calorímetre estan: el carbó i el coc; olis comestibles, tant pesats com lleugers; la gasolina i tots els combustibles per a motor.
Així com els tipus de combustibles per als reactors d'avions; deixalles de combustible i eliminació de deixalles; productes alimentaris i suplements per a la nutrició humana; cultius farratgers i suplements per a l'alimentació animal; materials de construcció; combustibles per a coets i propulsors.
Així mateix, s'ha determinat el poder calòric mitjançant calorimetria en estudis termodinàmics de materials combustibles; en l'estudi de balanç d'energia en ecologia; en explosius i pólvores tèrmics i en l'ensenyament de mètodes termodinàmics bàsics.
referències
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- González J., Cortés L. & Sánchez A. (sf). Calorimetria adiabàtica i les seves aplicacions. Recuperat de: cenam.mx
- Wikipedia. (2018). Calorimeter. Recuperat de: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 de juny del 2018). Calorimeter Definition in Chemistry. Recuperat de: thoughtco.com
- Gillespie, Clara. (11 d'abril del 2018). How Does a Calorimetre Work? Sciencing. Recuperat de: sciencing.com