Por John Brennan | Actualizado el 30 de agosto de 2022

Descripción general

Los calorímetros cuantifican el cambio de calor en reacciones químicas o transformaciones físicas, como el derretimiento del hielo. Conocer la constante del calorímetro es esencial para convertir los cambios de temperatura en valores de energía y para interpretar con precisión la termodinámica de las reacciones. Esta guía le guía a través de un método práctico y reproducible para calibrar un calorímetro de taza de café sencillo.

Precauciones de seguridad

• Use una bata de laboratorio, gafas protectoras y guantes.
• Nunca coloques cabello, ropa o materiales inflamables cerca de una llama abierta.
• Maneje el agua caliente (≈80°C) con cuidado para evitar quemaduras.

Materiales

• Calorímetro de taza de café (dos tazas de poliestireno, tapa, termómetro)
• Dos termómetros digitales o de mercurio
• Mechero Bunsen, encendedor, soporte para anillos, abrazadera, malla metálica
• Vaso de precipitados seco de 150 ml
• Báscula con una precisión de 0,01 g
• Cilindro graduado
• Software de hoja de cálculo (Excel, OpenOffice Calc)
• Calculadora
• Agua (temperatura ambiente y caliente)
• Bata de laboratorio, gafas protectoras, guantes

Procedimiento

1. Monta el calorímetro. Inserta un vaso de poliestireno en el otro, asegura la tapa y coloca un termómetro en el vaso a través de un pequeño orificio en la tapa.
2. Pesar el calorímetro vacío. Registre la masa al 0,01 g más cercano.
3. Añade 50 ml de agua fría. Utilice una probeta graduada; El volumen preciso no es crítico en esta etapa. Vuelva a pesar el calorímetro y calcule la masa de agua a partir de la diferencia de peso.
4. Pesa el vaso. Registre su masa. Agregue 50 ml de agua, vuelva a pesar y calcule la masa del agua caliente.
5. Calienta el agua. Coloque el vaso sobre la malla metálica encima del mechero Bunsen, inserte un termómetro y caliéntelo suavemente a ≈80°C, evitando que hierva rápidamente.
6. Agita el calorímetro. Con una pinza, suspenda el segundo termómetro en agua fría y revuelva durante cuatro minutos. Registre la temperatura cada minuto; el valor debe ser estable.
7. Transferir agua caliente. Al cuarto minuto, apaga el fuego, toma nota de la temperatura del agua caliente y viértela en el calorímetro. Vuelva a colocar la tapa y continúe revolviendo.
8. Registre la temperatura. Mida la temperatura del calorímetro cada 30 segundos durante los próximos cinco minutos.
9. Analizar datos. Importe los datos de tiempo y temperatura a una hoja de cálculo. Trace las temperaturas posteriores a la mezcla (excluyendo los puntos de premezcla) y ajuste una línea de tendencia lineal.
10. Extrapolar la temperatura final. Utilice la línea de mejor ajuste para estimar la temperatura a los 5 minutos (Tf).
11. Calcular cambios de temperatura.
    • Cambio de agua caliente (ΔTh) =temperatura inicial del agua caliente – Tf.
    • Cambio de agua fría (ΔTc) =Tf – temperatura inicial del agua fría.
12. Calcular los cambios de energía.
    • Energía perdida por el agua caliente:Qh =m_h × 4,184Jg⁻¹°C⁻¹ × ΔTh.
    • Energía ganada por el agua fría:Qc =m_c × 4,184Jg⁻¹°C⁻¹ × ΔTc.
13. Determinar la energía calorimétrica. Q_cal =Qh – Qc.
14. Calcular constante. C_cal =Q_cal /ΔTc. El resultado, expresado en J°C⁻¹, es la constante del calorímetro.

Notas importantes

• La constante debe ser positiva; un valor negativo indica un error de procedimiento.
• Repita la calibración varias veces y promedie los resultados para minimizar el error aleatorio.
• Indique el promedio final ±2σ, donde σ es la desviación estándar de las pruebas.

Referencias

• Atkins, P. y Jones, L. (2008). Principios químicos:la búsqueda del conocimiento, cuarta edición .
• Berniolles, S. (2011). Manual de laboratorio de química 7L .