Calorimetria e Calorimetro: Misurare il Calore delle Reazioni Chimiche
La calorimetria e il calorimetro sono strumenti importanti per misurare il calore assorbito o ceduto durante una reazione chimica o un processo fisico. La calorimetria differenziale a scansione, in particolare, è un mezzo efficace per misurare le temperature dei passaggi di stato.
Durante una reazione esotermica in acqua, sia l’acqua che il calorimetro assorbono il calore liberato dalla reazione. Questo può essere rappresentato dall’equazione: calore liberato dal sistema + calore assorbito dall’acqua + calore assorbito dal calorimetro = 0. Esprimendo questa relazione in termini matematici, si ottiene: qsistema = – ( qacqua + q calorimetro).
Per esercitarsi su questi concetti, consideriamo un paio di esempi:
1) Quando 1.095 g di NaOH sono disciolti in 150.00 g di acqua in un calorimetro e la temperatura dell’acqua varia da 23.50 °C a 25.32 °C, con una capacità termica del calorimetro di 32.9 J/°C. Il calore sviluppato dalla dissoluzione dell’idrossido di sodio può essere calcolato come -1.21 ∙ 10-3 J, o – 44.2 kJ/mol se consideriamo la dissoluzione per mole.
2) Se 50.0 g di una soluzione 0.200 M di NaBr a 23.65 °C sono posti in un calorimetro contenente 50.00 g di AgNO3 0.200 M a 23.65 °C, con una capacità termica del calorimetro di 65.0 J/°C e 4.20 J/g°C per la soluzione, e la temperatura finale del sistema è di 25.40 °C, il calore sviluppato dalla reazione sarà di 849 J.
3) Infine, consideriamo il calore sviluppato dalla reazione del saccarosio con l’ossigeno. Quando 2.75 g di saccarosio reagiscono in una bomba calorimetrica contenente 4.80 Kg di acqua e la variazione di temperatura è di 2.01 °C, con una capacità termica del calorimetro di 2540 J/°C, il calore sviluppato per mole di saccarosio sarà di 5.55 ∙103 kJ/mol.
In tutti questi esempi, si possono osservare diversi modi in cui la calorimetria e il calorimetro sono utilizzati per calcolare il calore sviluppato durante varie reazioni chimiche. Questi strumenti forniscono dati cruciali per comprendere e caratterizzare le reazioni e i processi termici.