En este artículo se explica qué es un calorímetro y para qué sirve. Además, encontrarás los diferentes tipos de calorímetros que existen y cómo funciona este instrumento de medición.
Índice
¿Qué es un calorímetro?
Un calorímetro es un instrumento de laboratorio que sirve para medir la cantidad de calor recibida o perdida por un cuerpo. Además, el calorímetro es un instrumento que se utiliza para determinar el calor específico de una sustancia.
Por ejemplo, se puede usar un calorímetro para medir la energía en forma de calor liberada en una reacción química.
Los calorímetros más modernos son capaces de trabajar en un amplio rango de temperaturas, hay algunos que pueden llegar a 3500 K. Además, actualmente los calorímetros son muy precisos, pueden tener una precisión por debajo del 1%, aunque depende de las características y el uso del calorímetro.
En la calorimetría, las aplicaciones del calorímetro son muchas. Se pueden utilizar los calorímetros para hacer un estudio biológico, para hacer un control de calidad, o incluso para examinar la tasa biológica.
Partes de un calorímetro
Vista la definición de calorímetro, a continuación se explican las partes de un calorímetro típico:
- Termómetro: sirve para medir la temperatura del interior del calorímetro.
- Agitador: parte del calorímetro que se agita de manera continua para subir la temperatura de la mezcla.
- Tapa: cubierta que puede abrirse y cerrarse para introducir la mezcla a estudiar.
- Mezcla: se trata de la sustancia de la cual se pretende hacer un análisis calorífico.
- Capas aislantes: el recipiente del calorímetro debe aislar térmicamente la mezcla del exterior, para que no influya la temperatura del ambiente. Por eso suelen estar formados por dos capas aislantes térmicas que normalmente están hechas de poliestireno.
Tipos de calorímetros
Los diferentes tipos de calorímetros son los siguientes:
- Calorímetro adiabático: los calorímetros adiabáticos se utilizan para estudiar reacciones adiabáticamente aisladas, es decir, que no se puede producir un intercambio de calor con el exterior. Aunque siempre se pierde algo de calor, por eso normalmente se aplica un factor de corrección para compensar.
- Calorímetro de reacción: un proceso químico tiene lugar dentro del calorímetro, que está cerrado y aislado. En general, se emplea para determinar el calor que libera una reacción, también se usa en reacciones que necesitan una temperatura constante.
- Calorímetro de flujo de calor: con este tipo, una camisa de calentamiento/enfriamiento controla la temperatura del proceso físico. El calor de la reacción se determina midiendo la diferencia de temperatura entre el fluido de transferencia de calor y el fluido del proceso. Son menos precisos que otros tipos de calorímetros.
- Calorímetro de balance de calor: este tipo de calorímetro también necesita un camisa de calentamiento/enfriamiento para controlar la temperatura del proceso. El calor se mide monitoreando el calor que gana o pierde el fluido de transferencia.
- Calorímetro de compensación de energía: en este caso se usa un calentador agregado al recipiente para que mantenga una temperatura constante. La energía para el calentador se puede ajustar según lo que requiera la reacción.
- Calorímetro de flujo constante: este tipo de calorímetro mantiene un flujo constante de calor a través de la pared del recipiente.
- Calorímetro de bomba: este tipo de calorímetro se utilizar para calcular el calor de combustión. Es habitual que se aplique una chispa eléctrica para encender el combustible. Además, trabajan a presiones muy elevadas.
- Calorímetro del tipo Calvet: estos calorímetros usan un sensor de flujo 3D. Resultan muy adecuados para tamaños de muestra grandes porque permiten un tamaño de recipiente de reacción más grande.
- Calorímetro de presión constante: este tipo de calorímetro sirve para medir el cambio de calor en una solución bajo presión constante.
- Calorímetro de escaneo diferencial: en general hay dos bandejas, una bandeja de muestra y una bandeja de referencia. La bandeja de de muestra contiene la muestra mientras que la bandeja de referencia permanece vacío. Cada recipiente se calienta por separado a un ritmo específico, y este ritmo se mantiene durante todo el experimento. Sin embargo, un sistema informático se asegura de que cada sartén se caliente al mismo ritmo, de modo que se pueda tomar una medida. El calentador debajo de la bandeja de muestra tiene que trabajar más que la bandeja de referencia vacía, lo que significa que emite más calor. Así pues, el calorímetro hace la medición según la diferencia en la cantidad de calor emitido en las bandejas.
- Calorímetro de titulación isotérmica: en este tipo, el calor de reacción se utiliza para seguir un experimento de titulación. Es posible determinar el punto medio de la reacción, su entalpía y su afinidad de unión. Este tipo de calorímetro resulta muy útil en la industria farmacéutica para clasificar posibles candidatos a fármacos.
Cómo funciona un calorímetro
Como has visto en el apartado anterior, existen muchos tipos de calorímetros, por lo que cada uno funciona de manera distinta. A continuación se explica cómo se usa el calorímetro adiabático, ya que es el más utilizado en los experimentos de laboratorio.
El funcionamiento del calorímetro se basa en agitar el agitador. Antes de usar el agitador, lógicamente se debe introducir la muestra en el calorímetro. Y una vez se ha cerrado la tapa para que la muestra esté aislada, tienes que mover rápidamente el agitador, en consecuencia, subirá la temperatura de la muestra. Con el termómetro puedes ver la temperatura a la que se encuentra la muestra.
Entonces, después de agitar la muestra, se hacen las mediciones pertinentes. De manera que se pueden comparar los resultados con los datos medidos antes de calentar la muestra. Y con todos los datos recogidos del experimento se pueden hacer cálculos, como por ejemplo la variación de entalpía producida en el proceso adiabático.
Diferencia entre un calorímetro y un termómetro
La diferencia entre un calorímetro y un termómetro es la magnitud térmica que miden. Un calorímetro sirve para medir la cantidad de calor ganada o perdida, en cambio, un termómetro se utiliza para medir la temperatura de un cuerpo.
Tanto el calorímetro como el termómetro son instrumentos habituales en los experimentos de termodinámica. De hecho, un calorímetro incorpora un termómetro para determinar la temperatura de su interior.
