REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA SOBRE CALORIMETRÍA

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La capacidad calórica del calorímetro y de su contenido se determina colocando en el líquido un conductor eléctrico de resistencia conocida y pasando una intensidad de corriente definida durante un tiempo determinado. Entonces se observa el cambio de temperatura que se produce en el calorímetro mediante un termómetro colocado en el líquido. A partir de la resistencia, intensidad de corriente y tiempo, se podrá calcular, en Jouls int., la magnitud de la energía eléctrica consumida. Si se supone que esta energía se cede completamente por el conductor al líquido calorimétrico bajo la forma de calor, se podrá determinar la capacidad calorífica del calorímetro en Jouls int. por grado.

Una vez conocida la capacidad térmica del calorímetro, se podrá determinar fácilmente, el valor de cualquier cantidad de calor que le sea cedida, como resultado, por ejemplo, de una reacción química. Similarmente se podrá hallar la capacidad calórica de cualquier sustancia a partir de la cantidad de calor que ceda un calorímetro; deberá conocerse también la variación de temperatura de la sustancia. En la práctica de laboratorio se usan diversos artificios para mejorar la precisión de los resultados, pero la descripción anterior indica el principio fundamental implementado en los trabajos calorimétricos modernos (Glasstone, 1977).

Para evitar el peligro de explosión, se recomiendan las precauciones siguientes:

- La cantidad de muestra no deberá exceder un gramo.

- La presión de oxigeno no deberá exceder las 30 atmosferas.

- No se debe disparar el calorímetro si se observan fugas de burbujas de gas cuando ésta se sumerge en agua.

- El operador deberá mantenerse retirado, cuando menos 15 segundos después de la inflamación de la muestra y no deberá obstruir la parte superior del calorímetro. Si hay una explosión es muy probable que esta haga ascender la tapa.

- Cuando se desconozcan las características combustibles de los materiales, ensayados, deberán usarse mezclas mucho menores de 1 gramo.

- Deberá evitarse el sistema de encendido de alto voltaje. La formación de arcos entre los electrodos puede originar una falla en los sellos de los electrodos y permitir la fuga, con fuerza explosiva, de los gases calientes (Daniels, 1972).

Calorímetro convencional:

En éste tipo de colorímetro (Fig. 1), la bomba (o recipiente de combustión), está rodeada de una camisa de agua que se encuentra aislada lo más posible de los alrededores. Se agita el agua de la camisa y se mide el aumento de la temperatura producido por la combustión. Por las características térmicas del aparato, se puede calcular el calor que se desprende. Se efectúa una corrección para el calor que se produce en el alambre de ignición, y el aparato en general se calibra quemando una muestra que tenga un calor de combustión conocido (Laidler & Meiser, 2009).

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Figura.- 1 Calorímetro convencional (Equipos y Laboratorio de Colombia S.A.S., 2015).

Calorímetro adiabático:

La palabra adiabático proviene de la palabra griega adiabatos, que significa insuperable, la cual a su vez se deriva del prefijo griego a-, que significa no, y las palabras dia, a través, y bainen pasar. Por lo tanto, un proceso adiabático es aquel en el cual no hay flujo de calor. En el colorímetro adiabático (Fig. 2) esta se logra rodeando la camisa interna de agua con una camisa externa de agua, la cual se mantiene, mediante una bobina de calentamiento, a la misma temperatura que la camisa interna. Al realizar esto, la cantidad de calor alimentada a la camisa externa cancela las perdidas caloríferas hacia los alrededores. Esto permite una determinación más sencilla del aumento de temperatura debido a la combustión, el valor medio de ΔT (Tfinal – Tinicial) se relaciona de manera directa con la cantidad de calor que se desprende de la combustión.[pic 4]

Figura 2.- Calorímetro adiabático (Laidler & Meiser, 2009).

Con estos tipos de calorímetros se pueden medir calores de combustión con una precisión de más de 0.01%. Se requiere una precisión tan alta porque los calores que se desprenden en la combustión son considerables, y en ocasiones es más importante la diferencia entre los valores para dos compuestos que los valores absolutos (Laidler & Meiser, 2009).

A presión constante, la primera ley para cualquier transformación en el colorímetro es:

ΔH = Qp = 0.

El cambio de estado puede representarse mediante

K (T1) + R (T1) → K (T2) + P (T2) (P = constant).

donde K simboliza el colorímetro, R los reactivos, y P, los productos. Como el sistema está aislado, la temperatura final T2 difiere de la inicial T1; ambas temperaturas se miden con la misma exactitud posible mediante un termómetro sensible (Castellan, 1987).

Ejemplo:

Calculo de ΔcU˚ a partir de datos calorimétricos:

La combustión de 2016 g (C6H12O6) a 25 ˚C en un calorímetro de bomba adiabática con una capacidad clarifica de 9550 J/K produce un aumento de temperatura de 3282 ˚C. Encuentre ΔcU˚298 de glucosa sólida.

Despreciando la capacidad calorífica de los productos, la ecuación

ΔrU298 = -c K + PΔT

Da

ΔU = -(9550 J/K)(3282 K) = -31.34 KJ, para la combustión de los 2016 g de glucosa. El experimentador quemo (2016 g) (180.16 g/mol) = 0.01119 moles. Por lo tanto, la ΔU por mol dela glucosa quemada es (-31.34 KJ)/(0.01119 mol) = -2801 KJ/mol, y esta es la ΔrU298 si se desprecian las diferencias entre las condiciones en el colorímetro y las condiciones del estado normal (Levine, 2004).

Calorímetro de volumen constante:

El calor de combustión por lo general se mide colocando una masa conocida de un compuesto en un recipiente de acero, llamado bomba calorimétrica a volumen constante, que se llena con oxígeno aproximadamente a 30 atm de presión. La bomba cerrada se sumerge en una cantidad conocida de agua, como se muestra en la fi gura 6.8. La muestra se enciende eléctricamente, y el calor