Por John Brennan
Atualizado em 24 de março de 2022

Yurko_Gud/iStock/GettyImages

Para os químicos, quantificar o calor liberado ou absorvido durante uma reação é essencial. Os calorímetros são as ferramentas que fornecem essa medição, permitindo uma visão mais profunda dos mecanismos de reação e previsões mais confiáveis.

TL;DR

Os calorímetros quantificam o calor de uma reação. Suas principais desvantagens são a perda inevitável de calor para o ambiente e os potenciais gradientes de temperatura dentro da amostra.

As funções de um calorímetro

Um calorímetro registra a mudança de temperatura tanto do recipiente quanto dos reagentes. Após a calibração, o dispositivo produz uma constante calorimétrica, expressando quanto a temperatura aumenta por unidade de calor adicionada. Com esta constante e a massa das espécies reagentes, os químicos podem calcular a variação de entalpia do processo. Minimizar a perda de calor para o ambiente é crucial; caso contrário, os dados serão distorcidos.

Diferentes tipos de calorímetros

Embora um simples calorímetro de xícara de café possa ser construído com dois copos de isopor e um termômetro, os laboratórios acadêmicos empregam equipamentos mais sofisticados. O calorímetro da bomba, por exemplo, coloca os reagentes em uma câmara de aço selada (a “bomba”). Uma faísca elétrica inflama a mistura e o subsequente aumento de temperatura revela o calor liberado ou absorvido. Cada projeto é adaptado para tipos de reação específicos e requisitos de precisão.

Calibração de um calorímetro

A calibração envolve a transferência de uma quantidade conhecida de calor para o sistema. Um método comum é o experimento de mistura de água:água quente e fria são combinadas no calorímetro e a evolução da temperatura é registrada. Aplicando a regressão linear, a temperatura final de equilíbrio é estimada. O calor ganho pela água fria menos o calor perdido pela água quente é igual ao calor absorvido pelo calorímetro. Dividir este valor pela mudança global de temperatura produz a constante do calorímetro, que é então usada para experimentos subsequentes.

Limitações da Calorimetria

Nenhum calorímetro é perfeito. Mesmo com um excelente isolamento, algum calor inevitavelmente escapa para o ambiente, introduzindo erros. A mistura irregular pode criar gradientes de temperatura, comprometendo ainda mais a precisão. Além disso, nem todas as reações são adequadas para estudo calorimétrico. Por exemplo, a decomposição rápida e de alta energia do TNT é impraticável num simples calorímetro de chávena de café e pode até representar preocupações de segurança para um calorímetro de bomba. Por outro lado, reações muito lentas, como a oxidação do ferro em ferrugem, produzem mudanças de temperatura que são muito sutis para uma detecção confiável.