Ley Hess

Una de las técnicas que podemos utilizar para medir la cantidad de calor implicada en un proceso químico o físico se conoce como calorimetría. La calorimetría se utiliza para medir las cantidades de calor transferidas a una sustancia o desde ella. Para ello, el calor se intercambia con un objeto calibrado (calorímetro). El cambio de temperatura de la parte de medición del calorímetro se convierte en la cantidad de calor (ya que la calibración previa se utilizó para establecer su capacidad calorífica). La medición de la transferencia de calor mediante este enfoque requiere la definición de un sistema (la sustancia o sustancias que sufren el cambio químico o físico) y su entorno (los demás componentes del aparato de medición que sirven para aportar calor al sistema o absorberlo). El conocimiento de la capacidad calorífica de los alrededores y la medición cuidadosa de las masas del sistema y de los alrededores y de sus temperaturas antes y después del proceso permiten calcular el calor transferido como se describe en esta sección.

Cálculo de la entalpía de reacción

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El primer calorímetro de hielo del mundo, utilizado en el invierno de 1782-83, por Antoine Lavoisier y Pierre-Simon Laplace, para determinar el calor desprendido en diversos cambios químicos; cálculos que se basaron en el descubrimiento previo de Joseph Black del calor latente. Estos experimentos marcan la base de la termoquímica.

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Un calorímetro es un objeto utilizado para la calorimetría, o el proceso de medir el calor de las reacciones químicas o los cambios físicos, así como la capacidad calorífica. Los calorímetros diferenciales de barrido, los microcalorímetros isotérmicos, los calorímetros de valoración y los calorímetros de velocidad acelerada son algunos de los tipos más comunes. Un calorímetro simple consiste simplemente en un termómetro fijado a un recipiente metálico lleno de agua suspendido sobre una cámara de combustión. Es uno de los dispositivos de medición utilizados en el estudio de la termodinámica, la química y la bioquímica.

Calorímetro de capacidad calorífica

La capacidad calorífica es una propiedad extensiva. La propiedad intensiva correspondiente es la capacidad calorífica específica, que se obtiene dividiendo la capacidad calorífica de un objeto por su masa. Dividiendo la capacidad calorífica por la cantidad de sustancia en moles se obtiene su capacidad calorífica molar. La capacidad calorífica volumétrica mide la capacidad calorífica por volumen. En arquitectura e ingeniería civil, la capacidad térmica de un edificio suele denominarse masa térmica.

La capacidad de calor volumétrica mide la capacidad de calor por volumen de un edificio. En particular, suele variar drásticamente con las transiciones de fase, como la fusión o la vaporización (véase entalpía de fusión y entalpía de vaporización). Por lo tanto, debe considerarse una función

La variación puede ignorarse en contextos en los que se trabaja con objetos en rangos estrechos de temperatura y presión. Por ejemplo, la capacidad calorífica de un bloque de hierro que pesa una libra es de unos 204 J/K cuando se mide a partir de una temperatura inicial T = 25 °C y P = 1 atm de presión. Ese valor aproximado es bastante adecuado para todas las temperaturas comprendidas, por ejemplo, entre 15 °C y 35 °C, y las presiones circundantes de 0 a 10 atmósferas, porque el valor exacto varía muy poco en esos rangos. Se puede confiar en que el mismo aporte de calor de 204 J elevará la temperatura del bloque de 15 °C a 16 °C, o de 34 °C a 35 °C, con un error insignificante.

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Calorimetría

A continuación introducimos dos conceptos útiles para describir el flujo de calor y el cambio de temperatura. La capacidad calorífica (\(C\)) de un cuerpo de materia es la cantidad de calor (\(q\)) que absorbe o libera cuando experimenta un cambio de temperatura (\(ΔT\)) de 1 grado Celsius (o equivalentemente, 1 kelvin)

Por ejemplo, consideremos la capacidad calorífica de dos sartenes de hierro fundido. La capacidad calorífica de la sartén grande es cinco veces mayor que la de la sartén pequeña porque, aunque ambas están hechas del mismo material, la masa de la sartén grande es cinco veces mayor que la de la sartén pequeña. Más masa significa que hay más átomos en la sartén grande, por lo que se necesita más energía para hacer que todos esos átomos vibren más rápido. La capacidad calorífica de la sartén pequeña de hierro fundido se obtiene observando que se necesitan 18.140 J de energía para elevar la temperatura de la sartén en 50,0 °C

La sartén de hierro fundido más grande, aunque está hecha de la misma sustancia, necesita 90.700 J de energía para aumentar su temperatura en 50,0 °C. La sartén más grande tiene una capacidad térmica (proporcionalmente) mayor porque la mayor cantidad de material requiere una cantidad (proporcionalmente) mayor de energía para producir el mismo cambio de temperatura: