Por John Brennan
Actualizado el 24 de marzo de 2022
Yurko_Gud/iStock/GettyImages
Para los químicos, cuantificar el calor liberado o absorbido durante una reacción es fundamental. Los calorímetros son las herramientas que proporcionan esa medición, lo que permite una visión más profunda de los mecanismos de reacción y predicciones más confiables.
Los calorímetros cuantifican el calor de una reacción. Sus principales inconvenientes son la inevitable pérdida de calor al medio ambiente y los posibles gradientes de temperatura dentro de la muestra.
Un calorímetro registra el cambio de temperatura tanto de su recipiente como de los reactivos. Después de la calibración, el dispositivo produce una constante calorimétrica, que expresa cuánto aumenta la temperatura por unidad de calor agregada. Con esta constante y la masa de las especies que reaccionan, los químicos pueden calcular el cambio de entalpía del proceso. Minimizar la pérdida de calor al entorno es fundamental; de lo contrario, los datos estarán sesgados.
Mientras que se puede construir un calorímetro sencillo para una taza de café con dos tazas de poliestireno y un termómetro, los laboratorios académicos emplean equipos más sofisticados. La bomba calorimétrica, por ejemplo, coloca los reactivos en una cámara de acero sellada (la “bomba”). Una chispa eléctrica enciende la mezcla y el posterior aumento de temperatura revela el calor desprendido o absorbido. Cada diseño se adapta a tipos de reacción específicos y requisitos de precisión.
La calibración implica transferir una cantidad conocida de calor al sistema. Un método común es el experimento de mezcla de agua:se combinan agua fría y caliente en el calorímetro y se registra la evolución de la temperatura. Aplicando regresión lineal, se estima la temperatura de equilibrio final. El calor ganado por el agua fría menos el calor perdido por el agua caliente es igual al calor absorbido por el calorímetro. Al dividir esta cifra por el cambio general de temperatura se obtiene la constante del calorímetro, que luego se utiliza para experimentos posteriores.
Ningún calorímetro es perfecto. Incluso con un aislamiento excelente, inevitablemente parte del calor se escapa al ambiente, lo que introduce errores. La mezcla desigual puede crear gradientes de temperatura, comprometiendo aún más la precisión. Además, no todas las reacciones son adecuadas para el estudio calorimétrico. Por ejemplo, la descomposición rápida y de alta energía del TNT no es práctica en un simple calorímetro de taza de café e incluso puede plantear problemas de seguridad para un calorímetro de bomba. Por el contrario, reacciones muy lentas, como la oxidación del hierro, producen cambios de temperatura que son demasiado sutiles para una detección confiable.
