Calorímetro: história, peças, tipos e suas características

O calorímetro é um dispositivo usado para medir a mudança de temperatura de uma quantidade de substância (geralmente água) do calor específico conhecido. Essa mudança de temperatura é devida ao calor absorvido ou liberado no processo em estudo; químico se for uma reação, ou físico se consistir em uma mudança de fase ou estado.

No laboratório, o calorímetro mais simples encontrado é o da xícara de café. É usado para medir o calor absorvido ou liberado em uma reação de pressão constante, em solução aquosa. As reações são selecionadas para evitar a intervenção de reagentes ou produtos gasosos.

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Fonte: Por Ichwarsnur [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons
Em uma reação exotérmica, a quantidade de calor liberado pode ser calculada a partir do aumento da temperatura do calorímetro e da solução aquosa:

Quantidade de calor liberado na reação = quantidade de calor absorvido pelo calorímetro + quantidade de calor absorvido pela solução

A quantidade de calor absorvido pelo calorímetro é chamada de capacidade calórica do calorímetro. Isso é determinado pelo fornecimento de uma quantidade conhecida de calor ao calorímetro com uma certa massa de água. Então, o aumento de temperatura do calorímetro e a solução que ele contém são medidos.

Com esses dados e o uso do calor específico da água (4,18 J / g.ºC), é possível calcular a capacidade calórica do calorímetro. Essa capacidade também é chamada constante de calorímetro.

Por outro lado, o calor ganho pela solução aquosa é igual a m · ce · Δt. Na fórmula m = massa de água, ce = calor específico da água e Δt = variação de temperatura. Sabendo tudo isso, a quantidade de calor liberada pela reação exotérmica pode ser calculada.

História do calorímetro

Em 1780, AL Lavoisier , um químico francês, considerado um dos pais da química, usou uma cobaia para medir a produção de calor pela respiração.

Como Através de um dispositivo semelhante a um calorímetro. O calor produzido pelo porquinho-da-índia foi evidenciado pelo derretimento da neve ao redor do dispositivo.

Os pesquisadores A. L. Lavoisier (1743-1794) e PS Laplace (1749-1827) projetaram um calorímetro que foi usado para medir o calor específico de um corpo pelo método de derretimento do gelo.

O calorímetro consistia em um vaso cilíndrico de estanho, envernizado, sustentado por um tripé e finalizado internamente com funil. No interior, outro copo foi colocado, semelhante ao anterior, com um tubo que passava pela câmara externa e era fornecido com uma chave. Dentro do segundo copo havia uma grade.

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Nesta grade, o ser ou objeto foi colocado cujo calor específico deveria ser determinado. O gelo foi colocado dentro dos vasos concêntricos, exatamente como na cesta.

O calor produzido pelo corpo foi absorvido pelo gelo, causando sua fusão. E a água líquida resultante do derretimento do gelo foi coletada, abrindo a chave do vaso interno.

E, finalmente, água pesada, a massa de gelo derretido era conhecida.

Peças

O calorímetro mais usado em laboratórios de ensino de química é o calorímetro chamado xícara de café. Esse calorímetro consiste em um copo ou, em vez disso, um recipiente de material de anime que possui certas propriedades isolantes. A solução aquosa é colocada dentro deste recipiente com o corpo que produzirá ou absorverá calor.

Na parte superior do recipiente é colocada uma tampa de material isolante com dois orifícios. Em um, um termômetro é introduzido para medir mudanças de temperatura e no outro um agitador, preferencialmente de material de vidro, que cumpre a função de mover o conteúdo da solução aquosa.

A imagem mostra as partes de uma bomba calorimétrica; no entanto, pode-se ver que possui o termômetro e o agitador, elementos comuns em vários calorímetros.

Tipos e suas características

Xícara de café

É o que é usado na determinação do calor liberado por uma reação exotérmica e o calor absorvido em uma reação endotérmica.

Além disso, pode ser usado na determinação do calor específico de um corpo; isto é, a quantidade de calor que um grama da substância precisa absorver para aumentar sua temperatura em um grau Celsius. .

A bomba calorimétrica

É um dispositivo no qual a quantidade de calor que é liberada ou absorvida em uma reação que ocorre em um volume constante é medida.

A reação ocorre em um recipiente de aço resistente (a bomba), que é imerso em um grande volume de água. Isso torna as mudanças na temperatura da água pequenas. Portanto, supõe-se que as alterações associadas à reação sejam medidas em volume e temperatura constantes.

Isso indica que nenhum trabalho é realizado quando uma reação é realizada em uma bomba calorimétrica.

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A reação começa com o fornecimento de eletricidade através de cabos conectados à bomba.

Calorímetro adiabático

É caracterizada por ter uma estrutura isolante chamada escudo. O escudo está localizado ao redor da célula, onde ocorrem mudanças de calor e temperatura. Também está conectado a um sistema eletrônico que mantém sua temperatura muito próxima à da célula, para evitar a transferência de calor.

Em um calorímetro adiabático, a diferença de temperatura entre o calorímetro e seus arredores é minimizada; bem como o coeficiente de transferência de calor e o tempo para troca de calor é minimizado.

Suas partes consistem no seguinte:

-A célula (ou recipiente), integrada em um sistema de isolamento através do qual tenta evitar a perda de calor.

-O termômetro, para medir mudanças de temperatura.

-Um aquecedor, conectado a uma fonte controlável de tensão elétrica.

-E o escudo, já mencionado.

Nesse tipo de calorímetro, propriedades como entropia, temperatura de Debye e densidade do estado eletrônico podem ser determinadas.

O calorímetro isoperibólico

É um dispositivo no qual a célula de reação e a bomba estão imersas em uma estrutura chamada jaqueta. Nesse caso, a chamada jaqueta consiste em água, mantida a uma temperatura constante.

A temperatura da célula e da bomba aumenta à medida que o calor é liberado durante o processo de combustão; Mas a temperatura da camisa de água é mantida a uma temperatura fixa.

Um microprocessador controla a temperatura da célula e do revestimento, fazendo as correções necessárias do calor do vazamento que resulta das diferenças entre as duas temperaturas.

Essas correções são aplicadas continuamente e com uma correção final, com base nas medições antes e depois do teste.

Calorímetro de fluxo

Desenvolvido pela Caliendar, possui um dispositivo para mover um gás em um recipiente a uma velocidade constante. Ao adicionar calor, o aumento da temperatura no fluido é medido.

O calorímetro de fluxo é caracterizado por:

– Uma medida exata da velocidade do fluxo constante.

– Medição precisa da quantidade de calor introduzida no fluido através de um aquecedor.

– Uma medição exata do aumento de temperatura no gás causado pela entrada de energia

– Um projeto para medir a capacidade de um gás sob pressão.

O calorímetro para calorimetria diferencial de varredura

Caracteriza-se por possuir dois recipientes: em um é colocada a amostra a ser estudada, enquanto a outra é mantida vazia ou é utilizado um material de referência.

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Os dois navios são aquecidos a uma velocidade constante de energia, por meio de dois aquecedores independentes. Quando o aquecimento dos dois vasos começa, o computador representa graficamente a diferença no fluxo de calor dos aquecedores em relação à temperatura, determinando o fluxo de calor.

Além disso, a variação de temperatura pode ser determinada em função do tempo; e, finalmente, a capacidade calórica.

Aplicações

Em físico-química

-Os calorímetros básicos, do tipo xícara de café, permitem medir a quantidade de calor que um corpo libera ou absorve. Eles podem determinar se uma reação é exotérmica ou endotérmica. Além disso, o calor específico de um corpo pode ser determinado.

-Com o calorímetro adiabático, foi possível determinar a entropia de um processo químico e a densidade do estado eletrônico.

Em sistemas biológicos

– Microcalorímetros são usados ​​para estudar sistemas biológicos que incluem interações entre moléculas, bem como as alterações conformacionais moleculares que ocorrem; por exemplo, na implantação de uma molécula. A linha inclui varredura diferencial e titulação isotérmica.

-O microcalorímetro é utilizado no desenvolvimento de drogas de pequenas moléculas, bioterapêuticos e vacinas.

Calorímetro e potência calórica da bomba de oxigênio

A combustão de inúmeras substâncias ocorre no calorímetro da bomba de oxigênio, e seu poder calórico pode ser determinado. Entre as substâncias estudadas através do uso desse calorímetro estão: carvão e coque; óleos comestíveis, pesados ​​e leves; Gasolina e todos os combustíveis do motor.

Bem como os tipos de combustíveis para reatores de aeronaves; resíduos de combustível e disposição de resíduos; produtos alimentares e suplementos para nutrição humana; forragens e suplementos para alimentação animal; materiais de construção; combustíveis para foguetes e propulsores.

Da mesma forma, a energia calórica foi determinada por calorimetria em estudos termodinâmicos de materiais combustíveis; no estudo do balanço energético em ecologia; em explosivos e pós térmicos e no ensino de métodos termodinâmicos básicos.

Referências

  1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. Química (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  2. González J., Cortés L. e Sánchez A. (sf). Calorimetria adiabática e suas aplicações. Recuperado de: cenam.mx
  3. Wikipedia (2018). Calorímetro. Recuperado de: en.wikipedia.org
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 de junho de 2018). Definição de Calorímetro em Química. Recuperado de: thoughtco.com
  5. Gillespie, Claire. (11 de abril de 2018). Como funciona um calorímetro? Sciencing Recuperado de: sciencing.com

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