Calorimetría de Volumen Constante

El cambio en la energía interna de una reacción, delta E, es la suma de calor, q, y trabajo, w. Si bien es sencillo medir el calor a través de los cambios en la temperatura, medir el trabajo de tipo presión-volumen a través de cambios en el volumen es inconveniente. Para las reacciones químicas gaseosas, si no se permite cambiar el volumen, entonces delta V es igual a cero, y en consecuencia, w será cero.

Por tanto, el cambio de energía interna de la reacción será exactamente igual al calor transferido. En condiciones de volumen constante, el calor transferido en una reacción se mide con un calorímetro de bomba. Esto es diferente de un calorímetro de taza de café, que mide el calor de una reacción en condiciones de presión constante.

En un calorímetro de bomba, se colocan 0.512 gramos de naftaleno en una bomba de acero inoxidable. A través de una entrada, la bobina de encendido se pone en contacto con la muestra. Luego, la bomba se llena de oxígeno y se sumerge en un recipiente aislado lleno de una masa de agua conocida.

Al encender eléctricamente el reactivo se inicia la reacción de combustión dentro de la bomba. El calor liberado es absorbido por el agua y los diversos componentes del conjunto del calorímetro, que componen el entorno todos juntos. Esto hace que la temperatura aumente en 6, 42 grados centígrados.

El calor absorbido por todo el conjunto del calorímetro, q cal, es igual a su capacidad calorífica, C cal, multiplicada por el cambio de temperatura, delta T.Si el valor determinado experimentalmente para C cal es 3, 20 kilojulios por grado celsius, luego sustituyéndolo, junto con el valor de delta T da el calor del calorímetro como 20, 5 kilojulios. El calor ganado por el calorímetro es exactamente igual al calor liberado por la reacción. Una vez sellada la bomba, la reacción ocurre a volumen constante, y el trabajo realizado es cero.

Por lo tanto, el calor de la reacción es igual a su cambio de energía interna, 20, 5 kilojulios negativo. Si se divide este valor por el número de moles en 0, 512 gramos de naftaleno, 3, 99 por 10 a los 3 moles negativos da el cambio en la energía interna por mol de naftaleno, que es 5140 kilojulios negativos por mol.