Por John Brennan, actualizado el 24 de marzo de 2022

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La calorimetría es una piedra angular de la termoquímica experimental, que permite a los científicos determinar las entalpías de reacción y las capacidades caloríficas. Si bien muchos estudiantes se sienten cómodos midiendo la temperatura final (T_f) de un experimento con calorímetro, un desafío común en el aula es predecir T_f cuando se conocen la entalpía de reacción (ΔH_rxn) y las capacidades caloríficas de todos los componentes. Este artículo analiza ese cálculo de una manera clara y sistemática.

Paso 1:identificar los datos proporcionados

Lea atentamente el enunciado del problema. Normalmente encontrarás:

• ΔH_rxn para la reacción (kJ)
• Capacidad calorífica de la mezcla de reacción, C_p,contenido (kJg⁻¹K⁻¹)
• Masa total de los productos de reacción, m_contents (g)
• Constante calorimétrica, C_cal (kJK⁻¹)
• Temperatura inicial, T_i (°C)

Paso 2:suponga un calorímetro perfecto

En un calorímetro adiabático ideal, no se pierde calor al entorno. Todo el calor liberado por la reacción es absorbido por el calorímetro y su contenido.

Paso 3:configurar el equilibrio energético

Debido a que el calorímetro y su contenido alcanzan la misma temperatura final, el calor liberado es igual al calor absorbido:

ΔH_rxn =[C_p,contenido × m_contenido + C_cal] × (T_i – T_f)

Tenga en cuenta el orden de resta:(T_i – T_f). Las entalpías de reacción son negativas para los procesos exotérmicos, por lo que esta convención de signos mantiene el álgebra sencilla.

Paso 4:resolver para T_f

Reorganiza la ecuación:

ΔH_rxn / [C_p,contents × m_contents + C_cal] = T_i – T_f

Voltee el letrero y agregue T_i:

T_f = T_i – ΔH_rxn / [C_p,contents × m_contents + C_cal]

Paso 5:ingrese los números

Ejemplo:ΔH_rxn =–200kJ, C_p,contents =0,00418kJg⁻¹K⁻¹, m_contents =200g, C_cal =2kJK⁻¹, T_i =25°C.

T_f = 25 – [–200 / (0.00418 × 200 + 2)]
    = 25 – [–200 / 2.836]
    = 25 + 70.5
    = 95.5 °C

La temperatura final es de 95,5°C.

Cosas necesarias

• Lápiz y papel para hacer borradores
• Calculadora científica (u hoja de cálculo) para aritmética

Referencias

• Principios químicos:la búsqueda de conocimiento , Peter Atkins y otros, 2008