Transferencia de calor y medición del calor

Las reacciones químicas y los cambios físicos ocurren tanto con una evolución simultánea de calor (procesos exotérmicos) o con una absorción de calor (procesos endotérmicos). La cantidad de calor que se transfiere con un proceso generalmente se expresa en calorías o en la unidad SI, que es el joule. La caloría se definió originalmente como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua a presión de una atmósfera de 14.5º C a 15.5º C. En la actualidad se define exactamente como 4.184 joules. La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua líquida varía ligeramente según temperatura y la presión, por lo que es necesario especificar un incremento de temperatura específico y una presión constante para describir ala caloría. Para los objetos del texto, se considera que dichas variaciones son suficientemente pequeñas para ignorarlas. Las kilocalorías, (1000 calorías) sirven para expresar el contenido de energía de los alimentos. En el presente texto los cálculos se efectuan en joules.

La unidad SI de energía y trabajo es el joule (J), el cual se define como 1 kg m²/s² . La energía cinética (Ec) de un cuerpo de masa m y que se mueve con una velocidad v , y está dado por  ½ · mv². Un objeto de 2kg que se mueve a un metro por segundo tiene Ec= ½ · (2kg)(1m/s)². 

1 kg · m²/s²= 1 joule. Puede ser más conveniente expresar esta unidad en función de la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua a 14.5º C a 15.5ºC, que es 4.184 joules.

El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de la sustancia un grado centígrado (también un kelvin) sin cambio de fase. Los cambios de fase (estado físico) absorben o liberan grandes cantidades de energía. El calor específico de cada sustancia, que es una propiedad física, difiere de las fases sólida, líquida y gaseosa de la sustancia. Por ejemplo, el calor específico del hielo es 2.09 J/g · ºC, cerca de los 0ºC; para el agua líquida es 4.18 J/g · ºC, mientras que para el vapor es 2.03 J/g · ºC cerca de los 100ºC, el calor específico del agua es bastante elevado.

Calor específico =                           (cantidad de calor en J)                               
                              (masa de la sustancia en g) · (cambio de temperatura en ºC) 

La capacidad  calorífica de un cuerpo es la cantidad de calor necesaria para elevar su temperatura 1ºC. La capacidad calorífica de un cuerpo es igual al producto de su masa en gramos por su calor específico.

Ejemplo:

¿Qué cantidad de calor en joules se requiere para elevar la temperatura de 205g de agua de 21.2ºC a 91.4ºC?

Solución:
El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1g de sustancia 1ºC.
La expresión antes vista puede reordenarse, para despejar:  

Cantidad de calor = (masa de la sustancia) · (calor específico) · (cambio de temperatura)

                            = (205 g) (4.18 J/g · ºC) (70.2 ºC) = 6.02 x10⁴ J  

Transferencia y medición de sólidos y líquidos

Un reactivo cristalino o en polvo se sacará de un frasco almacén por medio de un instrumento limpio y seco, con una espátula o con un cuchillo. Esto reducirá la posibilidad de introducir cualquier impureza en el reactivo almacén, no debe volverse al frasco ninguna porción de la misma. El reactivo sobrante puede contaminarse luego de haberse sacado del frasco. Al regresarlo al frasco nuevamente se pueden llevar impurezas al mismo.
Antes de sacar un reactivo del frasco se debe leer cuidadosamente la etiqueta para asegurarse que el reactivo es el determinado para lo que queremos realizar.
Para transferir una pequeña cantidad de reactivo, granulado o en polvo desde un frasco a otro recipiente, se utiliza generalmente una espátula seca y limpia.
Para transferir grandes cantidades se utiliza un trozo de papel limpio arrollado en forma de cono. El extremo mas estrecho se inserta en la abertuda del recipiente y se echa el reactivo sólido sobre la parte más ancha del cono. Así puede transferirse rápidamente una cantidad considerable de reactivo sólido con un mínimo de perdidas y sin contaminación.

Balanza

Las cantidades de sólidos y líquidos pueden medirse determinando sus masas (pesando). Aunque las balanzas de laboratorio difieren algo en su aspecto y detalle de operación, los principios básicos de manejo son similares.

Espátula