Calcolatore di entalpia con la calorimetria
Dati di input
| Massa della soluzione | 100 g |
|---|---|
| Calore specifico | 4.184 J/(kg·K) |
| Variazione di temperatura | 5 °C |
| Moli reagite | 0,05 mol |
Calcolatore di entalpia con la calorimetria
Trova l’entalpia di reazione (calore di reazione) a partire dalla variazione di temperatura in una calorimetria a tazza di caffè. Inserisci la massa della soluzione, il suo calore specifico, la variazione di temperatura e le moli reagite per ottenere il calore liberato q = mcΔT in joule e l’entalpia molare ΔH_rxn in kJ/mol.
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Dettagli
Entalpia di reazione dalla calorimetria
In un calorimetro a pressione costante (a tazza di caffè), una reazione si svolge in soluzione e il calore che libera o assorbe si manifesta come variazione di temperatura di quella soluzione. Il calore scambiato con la soluzione è
q=mcΔT| Simbolo | Grandezza | Unità |
|---|---|---|
| q | Calore scambiato con la soluzione | J |
| m | Massa della soluzione | kg |
| c | Calore specifico della soluzione | J·kg⁻¹·K⁻¹ |
| ΔT | Variazione di temperatura | K (= variazione in °C) |
Per ottenere l'entalpia per mole di reazione, dividi per le moli reagite e inverti il segno. Il calore acquistato dalla soluzione è stato perso dal sistema reagente, quindi
ΔHrxn=−nqQuando la temperatura sale, ΔT è positivo, q è positivo e ΔH risulta negativo — il segno distintivo di una reazione esotermica.
Esempio svolto
Una reazione si svolge in 100 g di soluzione acquosa diluita. Trattando la soluzione come acqua si ha un calore specifico c = 4184 J·kg⁻¹·K⁻¹. La temperatura sale di 5 °C e vengono consumate 0,05 mol del reagente limitante. Prima trova il calore assorbito dalla soluzione, usando la massa in chilogrammi (100 g = 0,1 kg):
q=mcΔT=0.1×4184×5=2092 JPoi converti in entalpia molare e applica la convenzione dei segni:
ΔHrxn=−nq=−0.052092=−41840 J/mol=−41.84 kJ/molIl risultato negativo conferma che la reazione è esotermica, coerentemente con l'aumento di temperatura.
Attenzione alla convenzione dei segni
La variazione di temperatura qui è ΔT = T_finale − T_iniziale. Poiché un grado Celsius e un kelvin hanno la stessa ampiezza, una variazione di 5 °C è una variazione di 5 K, quindi per ΔT non serve alcuna conversione di temperatura. L'unico punto in cui il segno conta è il passaggio finale: il calore che fluisce dentro la soluzione (un aumento di temperatura) significa calore che fluisce fuori dalla reazione, ed è per questo che ΔH_rxn porta il segno opposto a q.
| Variazione di temperatura | Tipo di reazione | Segno di ΔH |
|---|---|---|
| La soluzione si riscalda (ΔT > 0) | Esotermica | negativo |
| La soluzione si raffredda (ΔT < 0) | Endotermica | positivo |
Cosa trascura il modello semplice
Questo calcolo assume un calorimetro perfettamente isolato, in cui ogni joule va nella soluzione, e che la soluzione si comporti come il suo solvente, così che la massa e il calore specifico dell'acqua possano sostituire quelli della miscela. Le misure reali disperdono parte del calore verso l'ambiente e verso la tazza, quindi un lavoro accurato include una costante calorimetrica — la capacità termica dell'apparato stesso — e corregge il calore perso durante la miscelazione. Per un esperimento didattico di neutralizzazione o dissoluzione, l'approssimazione all'acqua è di solito sufficientemente vicina da recuperare un'entalpia molare significativa.
Domande frequenti (FAQ)
Come si calcola l’entalpia dai dati di calorimetria?
Prima trova il calore assorbito dalla soluzione: q = m × c × ΔT, dove m è la massa della soluzione, c è il suo calore specifico e ΔT è la variazione di temperatura. Poi dividi per le moli di reagente consumate e inverti il segno per ottenere l’entalpia molare: ΔH_rxn = −q / n. L’inversione di segno riflette il fatto che il calore acquistato dalla soluzione è stato perso dal sistema reagente. Dividendo joule per moli si ottengono J/mol, che di solito si riportano in kJ/mol.
Che cos’è un calorimetro a tazza di caffè?
Un calorimetro a tazza di caffè è un semplice calorimetro a pressione costante, spesso letteralmente una tazza di polistirolo isolante con un termometro. Una reazione viene condotta in soluzione e si misura la variazione di temperatura di quella soluzione. Poiché l’esperimento è aperto all’atmosfera a pressione costante, il calore misurato è uguale alla variazione di entalpia della reazione. È un apparato didattico standard per misurare calori di neutralizzazione, dissoluzione e altre reazioni in soluzione.
Perché ΔH è negativo per una reazione esotermica?
Quando una reazione esotermica libera calore, quell’energia fluisce nella soluzione circostante e la sua temperatura aumenta, quindi ΔT è positivo e q (calore acquistato dalla soluzione) è positivo. L’entalpia, però, è una proprietà del sistema reagente, che ha perso quell’energia. Per convenzione ΔH_rxn = −q / n, quindi un aumento positivo di temperatura dà un ΔH negativo. Le reazioni endotermiche raffreddano la soluzione, dando un ΔT negativo e un ΔH positivo.
Quali ipotesi fa questo calcolo?
Assume che il calorimetro sia perfettamente isolato, così che tutto il calore vada nella soluzione e niente disperda verso l’ambiente o venga assorbito dalla tazza stessa. Assume inoltre che la soluzione si comporti come il suo solvente, quindi per le miscele acquose diluite si usano il calore specifico e la massa dell’acqua. Un lavoro più accurato aggiunge la capacità termica del calorimetro (la sua costante calorimetrica) e corregge la dispersione di calore durante la misura.
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