Um calorímetro é um dispositivo para medir a quantidade de calor fornecida ou recebida em qualquer processo físico, químico ou biológico. Também é usado para conhecer o calor específico de um corpo.
A transferência de calor nem sempre é sinônimo de mudança de temperatura. Por exemplo, durante uma mudança de fase de fusão da água, a quantidade de calor é usada para a mudança molecular e durante este processo a temperatura da água é constante (zero graus Celsius).
Se as mudanças de energia ocorrerem a pressão constante, toda a energia que entra e sai do sistema termodinâmico é calor. Ou seja, o calorímetro mede a quantidade de energia trocada que coincide com a mudança nas entalpias.
Uma reação exotérmica é uma reação que libera calor. As reações que absorvem calor são chamadas de reações endotérmicas.
Como funciona um calorímetro?
A capacidade calorífica de um objeto é obtida pela imersão do objeto em um líquido (geralmente água) cuja temperatura inicial e capacidade calorífica são conhecidas.
Depois de algum tempo, o líquido e o objeto terão a mesma temperatura e terão atingido a temperatura de equilíbrio.
Conhecendo esses dados, com a diferença de temperatura, o calor específico do objeto pode ser calculado a partir da lei da conservação da energia.
A quantidade de calor trocada por um objeto pode ser determinada pela seguinte fórmula:
Q=m · c · Δt
Onde:
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Q é o calor trocado.
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m é a massa do objeto.
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c é o calor específico do objeto.
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Δt é a variação de temperatura durante o processo de troca.
Portanto, em um calorímetro a quantidade de calor que entra ou sai do objeto é igual ao calor que entra ou sai do líquido no calorímetro. Assim que:
m objeto · c objeto · Δt objeto = m líquido · c líquido · Δt líquido
Qual é o calor específico da água?
O calor específico da água é 1 cal/°C·g. Ou seja, é preciso um calor de uma caloria para aumentar a temperatura de um grama de água em um grau Celsius. No sistema internacional são 4186 J/g·ºC.
Tipos de calorímetros
Os três tipos mais comuns de calorímetros são:
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Calorímetro de variação de temperatura: o funcionamento é baseado na mudança de temperatura de uma substância.
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Calorímetro isotérmico: a operação baseia-se na alteração do estado de agregação da substância.
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Calorímetro adiabático: o líquido não troca calor com o ambiente externo, o que é obtido pelo isolamento adicional do aparelho com a ajuda de uma camisa externa através da qual o líquido circula na mesma temperatura que no interior.
Do que é feito um calorímetro?
O calorímetro mais utilizado é feito de:
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Um recipiente fechado e completamente isolado com água.
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Um dispositivo para agitar
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Um termômetro.
A fonte de calor está localizada dentro do recipiente do calorímetro. O dispositivo de agitação é usado para acelerar a mudança termodinâmica e atingir o equilíbrio térmico mais cedo. Por fim, o termômetro é utilizado para conhecer a diferença de temperatura durante o processo.
O que é um calorímetro de bomba?
Um calorímetro de bomba é o mesmo dispositivo, mas opera a volume constante. Este tipo de dispositivo é usado para medir o calor de combustão de um determinado tipo de reação que requer alta pressão.
Em algumas reações químicas, como a combustão, um recipiente de aço pesado chamado bomba é usado para manter a reação. A bomba de aço é introduzida no recipiente do calorímetro e a reação é iniciada.
