CALORIMETRAEn los laboratorios escolares, con frecuencia se emplean calormetros de taza de caf para medir los calores de reaccin a presin constante, qp, en soluciones acuosas. Se elige la reaccin de manera que no haya reactivos ni productos gaseosos. As, todos los reactivos y productos permanecen en el recipiente durante todo el experimento. Este tipo de calormetro puede emplearse para medir la cantidad de calor que se desprende al neutralizar cantidades conocidas de cido clorhdrico e hidrxido de potasio. Las ecuaciones molecular e inica neta son:

HCl(ac) + KOH(ac) KCl(ac) + H2O(l) + calorH + (ac) + OH-(ac) H2O(l) + calor

La cantidad de calor que se desprende se relaciona con la elevacin de temperatura de la masa conocida de solucin y con la cantidad previamente determinada de calor que absorbe el mismo calormetro.Un calormetro de bomba es un dispositivo que mide la cantidad de calor que se produce o se absorbe en una reaccin que se efecta a volumen constante. (Ver diapositiva siguiente)Se sumerge un recipiente de acero resistente (bomba) en un gran volumen de agua. Al producirse o absorberse calor por la reaccin en le interior del recipiente de aluminio, se transfiere calor hacia o desde un gran volumen de agua. As, solo pueden producirse cambios muy pequeos de temperatura. Para todos los fines prcticos, los cambios de energa asociados con las reacciones se miden a volumen y temperatura constantes. No se efecta trabajo cuando la reaccin se verifica en un calormetro de bomba aunque participen gases porque V= 0 Por tanto:

E = qp (volumen constante)

Para reacciones exotrmicas se puede escribir:

Cantidad de calor quecantidad de calor que ganacantidad de calorse pierdepor la reaccin el calormetro de bombaque gana el agua

+

Termmetro Cubierta de espuma de stireno Tazas depoliestirenoVarilla de agitacin de vidrio Vaso de precipitados de 400 mlAgua Termmetro Alambres de ignicinAgitador Recipiente externo aislado Recipiente de aceroPlato para la muestraBomba de aceroAgua

Para simplificar los clculos, la cantidad de calor que absorbe el calormetro se expresa como su equivalente de agua. Esto se refiere a la cantidad de agua que absorbera la misma cantidad de calor que el calormetro por el cambio en el grado de temperatura. El equivalente de agua de un calormetro se determina aadiendo una cantidad conocida de calor y midiendo la elevacin de temperatura del calormetro. Supngase que se queman 1.000 gramos de determinado compuesto que produce 9.598 kj de calor, lo cual eleva la temperatura del calormetro y sus 3000 gramos de agua a 0.629 C.

Calor ganado por elcalormetro= (calor que pierde la muestra) (calor que gana el agua)= 9598 J (3000g)(4,184 J/g C)(0.629 C)= (9598 - 7895)J= 1703 J (1,703 kj)Cambio de temperatura

Calor especfico de H20

Cantidad de agua

Ahora se puede calcular qu cantidad de agua absorbera la misma cantidad de calor al experimentar el mismo cambio de temperatura:

? g H2O = 1703 J x (1g H2O)(C) = 647 g H2O 0.629C (4.184 J)

Por tanto, el equivalente de agua del calormetro es de 647g. Esto significa que la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura del recipiente de aluminio 1.000 C es igual a la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 647 gramos a 1.000 C. O sea, el cambio de temperatura que experimenta este calormetro es igual al cambio que es de esperarse para 647 gramos de H2O.Los mtodos y conceptos se aplican a los datos calormetros para relacionar los cambios de temperatura del agua con la cantidad de calor que se transfiere y por tanto, con E.

EJEMPLO:Una muestra de 1.000 g de etanol, C2H5OH, se quem en un calormetro de bomba sellado, como el descrito con anterioridad. Tena alrededor de 3000 gramos de agua. La temperatura del agua se elev de 24.284 C a 26.225 C. Determine E para la reaccin en joules por gramo de etanol y despus en kilojoules por mol de etanol. El calor especfico del agua es 4.184 J/g C. La reaccin de combustin es:

C2H5OH(l) + 302(g) 2CO2(g) + 3H2O(l)

Termmetros diferenciales de alta precisin

Solucin:El calor que procede del comportamiento sellado (sistema) eleva la temperatura del calormetro y del agua. El equivalente de agua del calormetro es de 647 g. El total efectivo es de 3000 + 647 = 3647g de agua.

La elevacin de temperatura es:

? C = 26.225C 24.284C = Elevacin de 1.941C

El nmero de joules de calor que producen este aumento de temperatura es.

? J = 1.941C x 4.184 J x 3647g = 2.962 x 104 J = 29.62 kJ gC

Un gramo de C2H5OH libera 29.62 kJ de energa en forma de calor. Es decir:

E = qv = 29.62 KJ/g C2H5OH

Ahora puede evaluarse E en kJ/mol convirtiendo los gramos de C2H5OH a moles

? kJ = -29.62 kJ x 46.07g C2H4OH = -1365 kJ/mol mol g 1 mol C2H4OH

E = -1365 kJ/mol

Este clculo demuestra que, para la combustin de etanol la temperatura y volumen constantes, el cambio de energa interna es -1365kJ/mol. El signo negativo indica que la energa se libera a los alrededores.