Lectura 3 sobre termodinámica Diurno

La bomba calorimétrica es un dispositivo utilizado para determinar el calor de combustión de combustibles sólidos y líquidos. Este aparato se encuentra sumergido en agua, donde hay un termómetro que se utiliza para medir la temperatura del agua que lo rodea y un agitador, que ayuda a alcanzar el equilibrio térmico en menos tiempo. Las paredes exteriores del recipiente, que están en contacto con el ambiente exterior son adiabáticas, para evitar pérdidas de energía en forma de calor, permitiendo que los datos obtenidos sean más confiables.

La bomba se llena con oxígeno a presión una vez que se ha colocado la muestra en su interior. Luego se enciende mediante una chispa, generada por una fuente externa. El calor liberado por la reacción es absorbido en parte, por la bomba, mientras el resto es absorbido por el agua que la rodea. Por lo tanto, el calor de la reacción se puede expresar como el opuesto a la suma del calor absorbido por el agua y el calor absorbido por la bomba.

Como ya vimos anteriormente, el calor se puede determinar a partir de la siguiente ecuación:

Por lo tanto, si sustituimos esta ecuación, en la ecuación para la bomba calorimétrica, obtendremos la siguiente expresión:

Nótese que la variación de temperatura no lleva subíndice ya que el agua y la bomba se encuentran en un equilibrio térmico (tienen el mismo valor de temperatura).

Por lo tanto, el calor de la reacción de combustión se puede determinar a partir de la masa del agua que se encuentra en el dispositivo, la medición de la temperatura inicial y final del agua (que siempre debe estar en equilibrio térmico con el aparato) y la constante de la bomba (Cb, que incluye la masa y los calores específicos de todas las demás partes que no son el agua). Entonces, la ecuación a utilizar para determinar la energía en forma de calor liberada por la reacción es la siguiente:

Ejemplo de aplicación:

1.       En el compartimiento de una bomba calorimétrica se realiza la combustión de 1,5g de propanol (C₃H₈O). La bomba cuenta con 2000g de agua a 22,3°C que ascienden a 28,2°C. La constante de la bomba es de 309,5J/°C.

a.       Calcular la cantidad de calor liberada en la combustión del propanol.

b.      Determina el calor de combustión por gramo de propanol.

A.  Para determinar el calor de combustión liberada en la reacción debemos utilizar la ecuación final:

IMPORTANTE: la unidad elegida para el calor específico del agua debe ser la misma que la unidad de la constante de la bomba, por eso utilicé 4,18J/g.°C y no 1cal/g.°C

B. La cantidad de calor calculada en la parte A. es para la reacción de 1,5g de propanol. Si deseamos calcular el calor liberado por gramo, solo se debe realizar una regla de 3.

1,5g	----	51150J
1,0g	----	x

x=34100J