Os químicos geralmente precisam saber quanta energia térmica uma reação específica libera ou absorve. Essa medição os ajuda a entender mais sobre por que a reação ocorre e os ajuda a fazer previsões úteis. Calorímetros são instrumentos que medem a quantidade de calor liberada ou absorvida pelo conteúdo durante uma reação. É fácil fazer um calorímetro simples, mas os instrumentos usados em laboratórios são geralmente mais precisos.
TL; DR (muito longo; Não li)
Calorímetros permitem medir a quantidade de calor em uma reação. Suas principais limitações são a perda de calor para o meio ambiente e o aquecimento desigual.
As funções de um calorímetro
Basicamente, um calorímetro mede a mudança de temperatura do calorímetro e seu conteúdo. Após a calibração do calorímetro, o químico já terá um número denominado constante do calorímetro, que mostra o quanto a temperatura do calorímetro muda por quantidade de calor adicionada. Usando essas informações e a massa dos reagentes, o químico pode determinar quanto calor é liberado ou absorvido. É importante que o calorímetro minimize a taxa de perda de calor para o exterior, uma vez que a perda rápida de calor para o ar circundante distorce os resultados.
Diferentes tipos de calorímetros
É fácil fazer você mesmo um calorímetro simples. Você precisa de dois copos de café de isopor, um termômetro ou uma tampa. Este calorímetro de xícara de café é surpreendentemente confiável e, portanto, uma característica comum em laboratórios de química de graduação. Os laboratórios de físico-química possuem instrumentos mais sofisticados, como "calorímetros de bomba". Nesses dispositivos, os reagentes ficam em uma câmara lacrada chamada bomba. Depois que uma faísca elétrica os acende, a mudança na temperatura ajuda a determinar o calor perdido ou ganho.
Calibração de um Calorímetro
Para calibrar um calorímetro, você pode usar um processo que transfere uma quantidade conhecida de calor, como medir a temperatura de um pouco de água quente e fria. Por exemplo, você pode misturar água fria e quente no calorímetro da xícara de café. Em seguida, você mede a temperatura ao longo do tempo e usa a regressão linear para calcular a "temperatura final" do calorímetro e seu conteúdo. Subtraindo o calor ganho pela água fria do calor perdido pela água quente, obtém-se o calor ganho pelo calorímetro. Dividindo esse valor pela mudança de temperatura do calorímetro, obtém-se a constante do calorímetro, que pode ser usada em outros experimentos.
Limitações da Calorimetria
Nenhum calorímetro é perfeito porque pode perder calor para o ambiente ao seu redor. Embora os calorímetros de bomba em laboratórios tenham isolamento para minimizar essas perdas, é impossível impedir todas as perdas de calor. Além disso, os reagentes no calorímetro podem não estar bem misturados, o que leva a um aquecimento desigual e outra possível fonte de erro em suas medições.
Além de possíveis fontes de erro, outra limitação envolve os tipos de reações que você pode estudar. Por exemplo, você pode querer saber como a decomposição do TNT libera calor. Esse tipo de reação seria impossível de estudar em um calorímetro de xícara de café e pode nem mesmo ser prático em um calorímetro de bomba. Alternativamente, uma reação pode ocorrer muito lentamente, como a oxidação do ferro para formar ferrugem. Esse tipo de reação seria muito difícil de estudar com um calorímetro.
