Este artigo explica o que é um calorímetro e para que é utilizado. Além disso, você descobrirá os diferentes tipos de calorímetros existentes e como funciona esse instrumento de medição.
O que é um calorímetro?
Um calorímetro é um instrumento de laboratório usado para medir a quantidade de calor recebida ou perdida por um corpo. Além disso, o calorímetro é um instrumento utilizado para determinar o calor específico de uma substância.
Por exemplo, um calorímetro pode ser usado para medir a energia na forma de calor liberado durante uma reação química.
Os calorímetros mais modernos são capazes de trabalhar em uma ampla faixa de temperaturas, alguns podem chegar a 3500 K. Além disso, atualmente os calorímetros são muito precisos, podem ter uma precisão inferior a 1%, embora isso dependa das características e do uso do calorímetro.
Na calorimetria, as aplicações do calorímetro são numerosas. Os calorímetros podem ser usados para realizar um estudo biológico, realizar controle de qualidade ou até mesmo examinar a taxa biológica.
Partes de um calorímetro
Considerando a definição de calorímetro, as partes de um calorímetro típico são explicadas abaixo:
- Termômetro : permite medir a temperatura dentro do calorímetro.
- Agitador : parte do calorímetro que é continuamente agitada para elevar a temperatura da mistura.
- Tampa : tampa que pode ser aberta e fechada para introduzir a mistura a ser estudada.
- Mistura : é a substância para a qual queremos realizar uma análise calorífica.
- Camadas isolantes : o recipiente do calorímetro deve isolar termicamente a mistura do exterior, para que a temperatura ambiente não a influencie. É por isso que geralmente consistem em duas camadas de isolamento térmico, geralmente poliestireno.
Tipos de calorímetros
Os diferentes tipos de calorímetros são os seguintes:
- Calorímetro adiabático : Os calorímetros adiabáticos são utilizados para estudar reações adiabáticas isoladas, ou seja, a troca de calor com o exterior não pode ocorrer. No entanto, alguma quantidade de calor é sempre perdida, por isso geralmente é aplicado um fator de correção para compensar.
- Calorímetro de reação – Um processo químico ocorre dentro do calorímetro, que é fechado e isolado. Em geral, é utilizado para determinar o calor liberado por uma reação; também é usado em reações que requerem temperatura constante.
- Calorímetro de fluxo de calor – Neste tipo, uma camisa de aquecimento/resfriamento controla a temperatura do processo físico. O calor da reação é determinado medindo a diferença de temperatura entre o fluido de transferência de calor e o fluido do processo. Eles são menos precisos que outros tipos de calorímetros.
- Calorímetro de balanço térmico : Este tipo de calorímetro também requer uma camisa de aquecimento/resfriamento para controlar a temperatura do processo. O calor é medido monitorando o calor ganho ou perdido pelo fluido de transferência.
- Calorímetro com compensação de energia : Neste caso, um aquecedor adicionado ao recipiente é utilizado para manter a temperatura constante. A energia de aquecimento pode ser ajustada de acordo com as necessidades da reação.
- Calorímetro de Fluxo Constante – Este tipo de calorímetro mantém um fluxo constante de calor através da parede do recipiente.
- Calorímetro de bomba : Este tipo de calorímetro é usado para calcular o calor de combustão. É comum que uma faísca elétrica seja aplicada para acender o combustível. Além disso, trabalham sob pressões muito elevadas.
- Calorímetro tipo Calvet : esses calorímetros utilizam um sensor de fluxo 3D. Eles são adequados para amostras grandes porque permitem o uso de recipientes de reação maiores.
- Calorímetro de pressão constante : Este tipo de calorímetro é usado para medir a mudança de calor em uma solução sob pressão constante.
- Calorímetro de varredura diferencial – Geralmente existem duas bandejas, uma bandeja de amostras e uma bandeja de referência. O suporte de amostras contém a amostra enquanto o suporte de referência permanece vazio. Cada recipiente é aquecido separadamente a uma taxa específica, e essa taxa é mantida durante todo o experimento. No entanto, um sistema de computador garante que cada panela aqueça na mesma proporção, para que uma medição possa ser feita. O aquecedor sob a bandeja de amostras tem que trabalhar mais do que a bandeja de referência vazia, o que significa que produz mais calor. Assim, o calorímetro realiza a medição de acordo com a diferença na quantidade de calor emitida nas bandejas.
- Calorímetro de titulação isotérmica – Neste tipo, o calor da reação é usado para monitorar um experimento de titulação. É possível determinar o ponto médio da reação, sua entalpia e sua afinidade de ligação. Este tipo de calorímetro é muito útil na indústria farmacêutica para classificar potenciais candidatos a medicamentos.
Como funciona um calorímetro
Como você viu na seção anterior, existem muitos tipos de calorímetros, então cada um funciona de maneira diferente. A seguir explicamos como é utilizado o calorímetro adiabático, por ser o mais utilizado em experimentos de laboratório.
A operação do calorímetro está ligada à agitação do shaker. Antes de utilizar o shaker, é lógico introduzir a amostra no calorímetro. E uma vez fechada a tampa para isolar a amostra, o agitador deve ser movido rapidamente, pois a temperatura da amostra aumentará. Com o termômetro você pode ver em que temperatura está a amostra.
Então, após agitar a amostra, são realizadas as medições relevantes. Para que os resultados possam ser comparados com os dados medidos antes de aquecer a amostra. E com todos os dados coletados durante o experimento, podem ser feitos cálculos, como a variação de entalpia produzida no processo adiabático.
Diferença entre um calorímetro e um termômetro
A diferença entre um calorímetro e um termômetro é a quantidade térmica que eles medem. Um calorímetro é usado para medir a quantidade de calor ganho ou perdido, enquanto um termômetro é usado para medir a temperatura de um corpo.
O calorímetro e o termômetro são instrumentos comuns em experimentos termodinâmicos. Na verdade, um calorímetro integra um termômetro para determinar a temperatura interna.