Un calorímetro es un dispositivo para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas en cualquier proceso físico, químico o biológico. También se utiliza para conocer el calor específico de un cuerpo.
La transferencia de calor no siempre es sinónimo de una variación de la temperatura. Por ejemplo, durante un cambio de fase de fusión del agua, la cantidad de calor se utiliza para el cambio molecular y durante este proceso la temperatura del agua es constante (cero grados centígrados).
Si los cambios de energía se producen a presión constante, toda la energía que entra y sale del sistema termodinámico es calor. Es decir, el calorímetro mide la cantidad de energía intercambiada que coincide con el cambio de entalpías.
Una reacción exotérmica es una reacción que desprende calor. Las reacciones que absorben calor se llaman reacciones endotérmicas.
¿Cómo funciona un calorímetro?
La capacidad calorífica de un objeto se obtiene sumergiendo el objeto en un líquido (habitualmente agua) del cual conocemos su temperatura inicial y su capacidad calorífica.
Pasado un tiempo, el líquido y el objeto tendrán la misma temperatura y habrán alcanzado la temperatura de equilibrio.
Conociendo estos datos, con la diferencia de temperatura se puede calcular el calor específico del objeto a partir de la ley de conservación de la energía.
La cantidad de calor que intercambia un objeto se puede determinar por la siguiente fórmula:
Q=m·c·Δt
Dónde:
Q es el calor intercambiado.
m es la masa del objeto.
c es el calor específico del objeto.
Δt es la variación de temperatura durante el proceso de intercambio.
Por lo tanto, en un calorímetro la cantidad de calor que entra o sale del objeto es igual al calor que entra o sale del líquido del calorímetro. Así que:
mobjeto·cobjeto·Δtobjeto = mlíquido·clíquido·Δtlíquido
¿Cuál es el calor específico del agua?
El calor específico del agua, es 1 cal/°C·g. Es decir, se necesita un calor de una caloría para que la temperatura de un gramo de agua aumente un grado Celsius. En el sistema internacional son 4186 J/g·ºC.
Tipos de calorímetros
Los tres tipos de calorímetros más comunes son:
Calorímetro de variación de temperatura : el funcionamiento se basa en el cambio de temperatura de una sustancia.
Calorímetro isotérmico : el funcionamiento se basa en cambiar el estado de agregación de la sustancia.
Calorímetro adiabático : el líquido no intercambia calor con el medio exterior, lo que se consigue mediante un aislamiento adicional del aparato con la ayuda de una camisa exterior por la que circula el líquido a la misma temperatura que en el interior.
¿De qué está hecho un calorímetro?
El calorímetro más utilizado está hecho de:
Un envase con agua cerrado y completamente aislado.
Un dispositivo para agitar
Un termómetro.
La fuente de calor se sitúa dentro del envase del calorímetro. El dispositivo para agitar se utiliza para acelerar el cambio termodinámico y llegar antes al equilibrio térmico. Finalmente, el termómetro se utiliza para conocer la diferencia de temperatura durante el proceso.
¿Qué es una bomba calorimétrica?
Una bomba calorimétrica es el mismo dispositivo pero que funciona a de volumen constante. Este tipo de aparato se utiliza para medir el calor de combustión de una tipo de reacción en particular que requieren soportar una gran presión.
En algunas reacciones químicas como en una combustión, se utiliza un envase de acero pesado llamado bomba para albergar la reacción. La bomba de acero se introduce dentro del envase del el calorímetro y se inicia la reacción.
