Tra gli argomenti che gli studenti degli istituti tecnici affrontano c'è sicuramente la fisica. In questa lezione ci occuperemo di calorimetria. Cerchiamo di capire cos’è la calorimetria e qual è la sua formula.
Cos'è il Calore Specifico Molare (CSM)?
Possiamo definire il CSM come la quantità necessaria di calore per incrementare di 1 grado Kelvin la temperatura di una certa sostanza. La capacità termica molare di una sostanza è la quantità di energia necessaria per innalzare la sua temperatura di un grado. L'unità standard è il Joule per mole, che viene indicata con la lettera K.
Ricordiamo che il calore specifico differisce dalla capacità termica molare per il fatto che viene misurato per grammi invece che per mole. La sua unità di misura, nel sistema internazionale è il J, che si ottiene moltiplicando i Kg × i K. Nel sistema tecnico viene invece indicata dalle Kcal (calcolate con Kg × gradi centigradi).
Calore Specifico e Capacità Termica
Il calore specifico di una sostanza è la quantità di calore necessaria per innalzare la temperatura di una unità di massa di 1 ºC (o equivalentemente di 1 K) e si misura in [J/kg K] o in [cal/g °C]. È una proprietà intensiva caratteristica di ogni sostanza. Ad esempio, se un grammo di rame subisse una variazione di temperatura di un grado, misureremmo una quantità di calore scambiata pari a 0,385 J/g°C.
Il calore specifico dipende dal tipo di materiale della sostanza, indipendentemente dalla massa. Se ben ricordi, i passaggi di stato sono fenomeni fisici caratterizzati dal fatto di avvenire senza che si verifichi una variazione di temperatura.
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Come Calcolare il Calore Specifico Molare
Attraverso il tutorial che segue vedremo, passo dopo passo, come bisogna procedere per calcolare il calore specifico molare. Per prima cosa procuratevi il materiale necessario, ovvero una tavola periodica e una calcolatrice scientifica.
- Determinare il calore specifico della sostanza: Se essa è costituita da un unico elemento, il calore specifico sarà presente in molti valori della tavola periodica. Per fare un esempio, il calore specifico dell'argento è pari a circa 0,23 J / g * K. Nel caso in cui la sostanza in esame fosse un composto di più elementi, sarà necessario andare a verificare il suo calore specifico sia sperimentalmente, sia consultando l'apposita tabella.
- Trovare la massa molare della sostanza: Anche in questo caso la tavola periodica elenca la massa molare di ciascun elemento presente in natura. Se, come accade nel caso precedente, si tratta di un composto, questo valore deve essere calcolato mediante dei coefficienti. A titolo esemplificativo, prendiamo la composizione dell'acqua. Essa prevede 2 parti di idrogeno e 1 parte di ossigeno. La massa molare dell'acqua si ottiene molto semplicemente moltiplicando ciascuna di queste parti alle corrispondenti masse degli elementi. Ecco la formula, in modo da semplificarvi ulteriormente le idee: 2 x (1 g / mol idrogeno) + (16 g / mol ossigeno) = 18 acqua g / mol.
- Moltiplicare il calore specifico per la massa molare: Ora andrete a moltiplicare il calore specifico della sostanza per la sua massa molare: questo passaggio determinerà la capacità termica molare, che viene espressa in Joule mol K.
Calorimetria: Misurazione del Calore
La calorimetria studia e misura il calore ceduto o assorbito durante i processi chimici e fisici. Da questa formula si capisce che la temperatura di un corpo cambia se si verifica uno scambio di calore tra il corpo e l’ambiente o tra un corpo e un altro corpo.
Primo Principio della Termodinamica
Secondo il Primo Principio della termodinamica l'energia può essere convertita da una forma in un'altra, ma non può essere né creata né distrutta. Quindi, perché l'energia interna di un sistema subisca delle variazioni, ci deve essere uno scambio con l'esterno. Gli scambi di energia con l'esterno avvengono tramite trasferimento di calore o lavoro. Precisiamo però che mentre la variazione di energia interna non dipende dal percorso, i valori di Q e L presi singolarmente cambiano da percorso a percorso.
Trasformazioni Termodinamiche
Esistono diversi tipi di trasformazioni termodinamiche:
- Trasformazione isoterma: Significa che la trasformazione avviene a temperatura costante.
- Trasformazione isobara: Nella figura è rappresentato un contenitore riempito di un gas ideale riscaldato con una quantità di calore Q. Dal momento che solo una parte del calore viene usata per incrementare la temperatura (cioè l’energia interna), allora per avere lo stesso incremento di temperatura che si avrebbe a volume costante, occorre fornire più calore.
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