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Se você for realizar um experimento para determinar a quantidade de calor perdido ou ganho em uma reação química ou em algum outro processo, você deve fazê-lo em um recipiente. O recipiente, que é o calorímetro, pode ser simples como um copo de isopor ou tão sofisticado quanto um recipiente à prova de explosão imerso em água. De qualquer forma, ele absorverá um pouco do calor; portanto, é importante calibrá-lo antes de realizar seu experimento. A calibração fornece um número chamado constante de calorímetro. É a quantidade de energia térmica necessária para elevar a temperatura do calorímetro em 1 grau Celsius. Depois de conhecer essa constante, você pode usar o calorímetro para medir o calor específico de outros materiais.
Determinando a constante do calorímetro
Quando você combina uma quantidade de uma substância com a mesma quantidade da mesma substância em uma temperatura diferente e mede a temperatura de equilíbrio, você deve achar que ela está no meio do caminho entre as temperaturas iniciais. Isso é uma idealização, no entanto. Na realidade, parte do calor é absorvida pelo calorímetro.
Uma maneira de calibrar um calorímetro é misturando duas quantidades de água a diferentes temperaturas e registrando a temperatura de equilíbrio. A água funciona bem para esse fim, pois possui um calor específico de fácil manuseio (Cs) de 1 caloria por grama por grau Celsius (4,186 Joules / g ˚C). Deite uma quantidade conhecida de água quente (m1) num calorímetro contendo uma quantidade conhecida de água fria (m2) e registre a temperatura de equilíbrio da mistura. Você encontrará que o calor perdido pela água morna é mais do que o calor ganho pela água fria. A diferença é o calor absorvido pelo calorímetro.
A água quente perde uma quantidade de energia térmica dada por q1 = m1CS∆T1e a água fria ganha uma quantidade igual a q2 = m2CS∆T2. A quantidade que o calorímetro absorve é (q1 - q2) = (m1 CS∆T1 ) - (m2CS∆T2) A temperatura do calorímetro aumenta na mesma quantidade que a água fria; portanto, a capacidade de calor do calorímetro, que é a mesma que a constante do calorímetro (cc), é (q1 - q2) ∆ ∆T2 cal / g ˚C ou
cc = CS (m1∆T1 + m2∆T2) ∆ ∆T2 cal / g ˚C
Medindo Calor Específico
Depois de conhecer sua capacidade de calor, você pode usar um calorímetro para calcular o calor específico de uma substância desconhecida. Aqueça uma massa conhecida da substância (m1) a uma temperatura específica (T1) Adicione-o ao calorímetro em que você já colocou outra massa da mesma substância (m2) a uma temperatura mais baixa (T2) Aguarde a temperatura chegar ao equilíbrio e registre essa temperatura de equilíbrio (TE).
Você encontra o calor específico da substância usando a equação acima, reorganizada para resolver CS.
CS = (cc • ∆T2) ÷ (m1∆T1 + m2∆T2) cal / g ˚C.