8. Capacidad de calorífica y calor específico | 🔥 Termoquímica | Joseleg

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El valor de ∆H se puede determinar experimentalmente midiendo el flujo de calor que acompaña a una reacción a presión constante. Por lo general, podemos determinar la magnitud del flujo de calor midiendo la magnitud del cambio de temperatura que produce el flujo de calor. La medida del flujo de calor es calorimetría; Un dispositivo utilizado para medir el flujo de calor es un calorímetro.

Cuanto más calor gana un objeto, más caliente se pone. Todas las sustancias cambian de temperatura cuando se calientan, pero la magnitud del cambio de temperatura producido por una cantidad dada de calor varía de una sustancia a otra. El cambio de temperatura experimentado por un objeto cuando absorbe una cierta cantidad de calor está determinado por su capacidad de calor, denotada C. La capacidad de calor de un objeto es la cantidad de calor requerida para elevar su temperatura en 1 K (o 1 °C). Cuanto mayor es la capacidad de calor, mayor es el calor requerido para producir un aumento dado de temperatura.

Para las sustancias puras, la capacidad calorífica generalmente se da para una cantidad específica de la sustancia.

👉 La capacidad calorífica (C_i) (Unidades J/°C o J/K) es el límite cuando el cambio de temperatura tiende a cero de la diferencia de calor sobre la diferencia de temperatura, aunque en la práctica es el calor asociado a la variación de un grado de unidad de temperatura.

👉 El calor específico de un mol de una sustancia se llama calor específico molar, (Cm_i) (Unidades J/°C-mol o J/K-mol).

👉 El calor específico de un gramo de una sustancia se denomina calor específico, (Cs_i) (Unidades J/°C-g o J/K-g).

👉Enunciado: Una pieza de plata de 362 g de masa tiene una capacidad calorífica de 85.7 J / °C. ¿Cuál es el calor específico de la plata? // Pulse aquí.

Los calores específicos de muchas sustancias notables se encuentran indexadas en tablas estandarizadas, como la consignada en este enlace para metales y metaloides.

 

El cambio de temperatura

Si bien una temperatura en kelvin es en términos absolutos diferente al valor que tenemos a la temperatura en grados Celsius, y por ende tenemos que sumar o restar los 273.15 y ajustar por medio de un factor de conversión las unidades correctas, la cuestión es diferente cuando tenemos un cambio de temperatura ∆T. Debido a que la magnitud de los grados Celsius y las unidades kelvin son exactamente iguales, la diferencia entre dos temperaturas entre las dos escalas va a tener el mismo valor, por ende la diferencia de temperaturas en grados Celsius va a ser igual a la diferencia de temperaturas en kelvin.

Esta conversión de plumazo no es válida con la escala Fahrenheit, debido precisamente a que la magnitud de 1 °F es diferente a la magnitud de 1 k o 1° Celsius.

 

Calor absorbido o emitido por la masa de un cuerpo

Tenga en cuenta que:

👉Enunciado: Encuentre una función que permita calcular el calor en términos del calor específico, la masa y el cambio de temperatura // Pulse aquí.

👉Enunciado: Una pieza de metal de cobre de 6.22 kg se calienta de 20.5 °C a 324.3 °C. Calcule el calor absorbido (en kJ) por el metal. Asuma que el calor específico del cobre es 0.39 J/g-°C // Pulse aquí.

👉Enunciado: Calcule la cantidad de calor liberado (en kJ) de 366 g de mercurio cuando se enfría de 77.0 ° C a 12.0 ° C. Asuma que el calor específico del mercurio es 0.14 J/g-°C // Pulse aquí.

El calor específico, Cs_i, de una sustancia se puede determinar experimentalmente midiendo el cambio de temperatura, ∆T, que sufre una masa conocida m de la sustancia cuando gana o pierde una cantidad específica de calor Q:

👉 Si el signo negativo para Q nos dice que esta reacción es exotérmica.

👉 Si el signo positivo para Q nos dice que esta reacción es endotérmica.

Un cambio de temperatura en Kelvin es igual en magnitud al cambio de temperatura en grados Celsius. Por lo tanto, este calor específico para el agua también se puede informar como 4.18 J/g-°C = 4.18 J/(g °C), donde la unidad se pronuncia "Julios por gramo-grado Celsius". Debido a que los valores de calor específicos para una sustancia dada pueden variar ligeramente con la temperatura, la temperatura a menudo se especifica con precisión. El valor de 4.18 J / g-K que usamos aquí para el agua, por ejemplo, es para agua inicialmente a 14.5 °C. El calor específico del agua a esta temperatura se usa para definir las calorías al valor dado cal = 4.184 J exactamente.

Por lo tanto, podemos calcular la cantidad de calor que una sustancia gana o pierde usando su calor específico junto con su masa medida y el cambio de temperatura. Los calores específicos dependen directamente de la identidad y cantidad de la sustancia, por lo que son en términos prácticos, constantes que deben consultarse en tablas, a menos que el enunciado del ejercicio los de o los pida.

Tabla 8‑1. Calores específicos de algunas sustancias a 298 K.

👉Enunciado: Se calienta una muestra de agua de 466 g de 8.50 °C a 74.60 °C. Calcula la cantidad de calor absorbido (en kilojulios) por el agua // Pulse aquí.

👉Enunciado: Una barra de hierro de 869 g de masa se enfría de 94 °C a 5 °C. Calcula el calor liberado (en kilojulios) por el metal // Pulse aquí.

Calor compartido por dos cuerpos y temperatura de equilibrio

Ahora que ya sabemos calcular el calor absorbido o emitido por un solo cuerpo, abordaremos el problema de dos cuerpos que permiten el flujo de calor desde el cuerpo mas caliente al cuerpo mas frio hasta alcanzar el punto de equilibrio que corresponde a la temperatura de equilibrio. Por ende, ¿Cuál es la función que permite hallar dicha temperatura de equilibrio? La cosa es que esta pregunta implica un diseño experimental denominado calorímetro, y por ende, responderemos esta pregunta y sus consecuencias en las siguientes secciones.