Concetti Chiave
- La legge della conservazione dell'energia stabilisce che il calore ceduto dal sistema deve essere acquisito dall'ambiente e viceversa, rendendo il calorimetro uno strumento fondamentale per misurare il calore nelle reazioni.
- Esistono due tipologie di calorimetri: il calorimetro a combustione per reazioni a volume costante e il calorimetro a tazza per reazioni a pressione costante.
- Il calorimetro a combustione è progettato per misurare il calore prodotto in reazioni di combustione, isolando il sistema dall'ambiente circostante.
- Il calorimetro a tazza, realizzato in polistirene espanso, è un buon isolante termico, permettendo di misurare la variazione di temperatura dei reagenti mescolati al suo interno.
- Il calore di reazione nel calorimetro a tazza è calcolato come il valore negativo della quantità di calore legata alla variazione di temperatura, utilizzando la formula ΔH_r = q_p = c_soluzione × m_soluzione × ΔT.
Che cos'è la conservazione dell'energia?
Per la legge della conservazione dell'energia il calore ceduto dal sistema deve essere acquistato dell'ambiente (e viceversa). Il calore scambiato in una reazione si misura con il calorimetro. Questo strumento può essere di due tipologie:
Calorimetro a combustione (per reazioni a V costante);
Calorimetro a tazza (per reazioni a P costante).
Calorimetro a combustione (o bomba calorimetrica)
Questa tipologia di calorimetro è ideale per misurare il calore sviluppato in una reazione di combustione.
Il sistema si trova dentro la doppia parete isolata il calorimetro, ed è appunto un sistema isolato dall'ambiente circostante.
Questo calorimetro comprende un agitatore, un termometro, l'acqua in cui è racchiusa la bomba calorimetrica, la bomba calorimetrica, il campione contenuto nella bomba calorimetrica, il tutto contenuto in un contenitore isolato.
Quando si verifica la combustione l’energia chimica viene convertita in energia termica, e la temperatura del sistema cresce.
Il calore di reazione è la quantità di calore che il sistema cede al suo intorno per ripristinare la sua temperatura iniziale. Questa quantità di calore rappresenta a sua volta l’energia termica acquistata dal calorimetro, con il segno meno.
∆U=q_v=q_rea=-(q_acqua+q_bomba )=-q_calorimetro
Calorimetro a tazza
Calorimetro a tazza
il calorimetro a tazza è costituito da un contenitore isolato (solitamente in polistirene), contenente acqua all'interno della quale sono inseriti reagenti, sono poi presenti un termometro ed un agitatore. Una volta che i reagenti sono stati mescolati si misura la variazione di temperatura. Il polistirene espanso di cui è costituita la tazza è un buon isolante termico per cui la quantità di calore ceduta dalla tazza è molto esigua. Si tratta il sistema, cioè la tazza il suo contenuto, come un sistema isolato.
Si considera il calore di reazione come il valore negativo della quantità di calore legata alla variazione di temperatura che si è verificata nel calorimetro (q_rea=-q_calorimetro).
Inoltre, conoscendo il calore specifico della soluzione si calcola il ΔH di reazione.
〖∆H〗_r =q_p= c_soluzione× m_soluzione×ΔT
Domande da interrogazione
- Qual è il principio fondamentale alla base della conservazione dell'energia nel contesto delle reazioni chimiche?
- Quali sono le principali differenze tra un calorimetro a combustione e un calorimetro a tazza?
- Come si calcola il ΔH di reazione utilizzando un calorimetro a tazza?
La legge della conservazione dell'energia stabilisce che il calore ceduto dal sistema deve essere acquisito dall'ambiente e viceversa, e il calore scambiato in una reazione si misura con il calorimetro.
Il calorimetro a combustione è utilizzato per misurare il calore sviluppato in reazioni di combustione a volume costante, mentre il calorimetro a tazza è impiegato per reazioni a pressione costante, utilizzando un contenitore isolato in polistirene.
Il ΔH di reazione si calcola utilizzando la formula ΔH_r = q_p = c_soluzione × m_soluzione × ΔT, dove c_soluzione è il calore specifico della soluzione, m_soluzione è la massa della soluzione e ΔT è la variazione di temperatura.
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