La misurazione del calore in chimica: la calorimetria e la capacità termica
La calorimetria è una branca della termochimica che si occupa di quantificare il calore ceduto o assorbito da una sostanza o un corpo durante processi chimici o fisici. Questo genere di misurazione permette di determinare la variazione di energia di un sistema, prendendo in considerazione lo scambio termico con l’ambiente circostante.
In molti processi chimici, noti come processi esotermici, come la combustione o la reazione della termite, si verifica un rilascio di calore. Altri processi, come la fusione e la vaporizzazione, coinvolgono l’assorbimento di calore, e possono essere di tipo fisico o chimico, come ad esempio la reazione tra il tiocianato di ammonio e l’idrossido di bario ottoidrato.
Il primo principio della termodinamica stabilisce che l’energia è conservata, quindi l’energia ceduta come calore dall’ambiente è uguale a quella assorbita dal sistema, spesso denotata rispettivamente come q e qam. La misurazione accurata del trasferimento di energia sotto forma di calore avviene utilizzando un dispositivo chiamato calorimetro, che registra le variazioni di temperatura durante tale trasferimento.
La capacità termica del calorimetro, indicata come Ccal, rappresenta la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura del calorimetro di un grado. Questa capacità viene sperimentalmente misurata e utilizzata per determinare il calore prodotto da una reazione all’interno del calorimetro.
Ad esempio, se fornendo 80.0 kJ di energia al calorimetro si osserva un aumento di 8.4 °C, la capacità termica sarà Ccal = 80.0 kJ / 8.4 °C = 9.52 kJ/°C. Utilizzando questa capacità, è possibile calcolare il calore prodotto da una reazione basandosi sull’aumento di temperatura osservato nel calorimetro.
La misurazione del calore in chimica è di fondamentale importanza per comprendere meglio i processi che coinvolgono scambi di calore, sia esotermici che endotermici, e gioca un ruolo rilevante nella chimica fisica.
Esercizio sulla calorimetria:
Nel caso di una reazione di neutralizzazione che libera 1.78 kJ di calore all’interno di un calorimetro, causando un aumento della temperatura, è possibile calcolare la quantità di calore prodotta utilizzando i dati misurati dalla capacità termica del calorimetro e l’aumento di temperatura causato dalla reazione.