Ejemplo resuelto: Medir el contenido energético de los alimentos con calorimetría en una lata de gaseosa

La calorimetría se refiere a  la medición del flujo de calor. En este ejemplo resuelto, quemaremos un  malvavisco para encontrar su contenido energético. En primer lugar, observemos el  dispositivo de nuestro calorímetro   hecho con una lata de refresco. Nuestra  lata de refresco contiene algo de agua,   y también tenemos un termómetro dentro para  medir el cambio en la temperatura del agua. Si pasas una varilla agitadora por  la pestaña de la lata de refresco,   podrás sujetar la lata de refresco a un soporte. A continuación, podemos colocar  nuestro malvavisco en el palillo   que está insertado en un trozo de corcho. Antes de empezar el experimento  necesitamos medir la masa del   malvavisco con el corcho y el palillo.  A esto le llamaremos masa inicial (mi). Además, necesitamos la temperatura inicial del  agua. A esto le llamaremos T subíndice i (Ti). A continuación, encendemos el malvavisco.  Al arder el malvavisco se desprende calor   y ese calor se transfiere al  agua de la lata de refresco. Por lo tanto, el agua y la lata de  refresco aumentarán su temperatura,   lo que podemos ver en el termómetro. Después de que el malvavisco  arda durante un tiempo breve,   podemos detener el proceso de combustión. Y una vez que lo detengamos, necesitamos observar   la temperatura máxima que alcanzó  en el termómetro y registrarla. Ya que conocemos nuestra temperatura  final, y una vez que el malvavisco con   el corcho y el palillo se enfrían,  podemos medir nuestra masa final. Digamos que la masa inicial de nuestro  malvavisco con el corcho y el palillo   fue de 6.08 gramos en total, mientras  que la masa final fue de 6.00 gramos. La temperatura inicial del agua  en la lata de refresco fue de   25.0 grados Celsius y la temperatura  final fue de 30.0 grados Celsius. Además, vamos a decir que empezamos con  50.0 gramos de agua en la lata de refresco. Así que calculemos el calor que gana el agua. Para  encontrarlo utilizaremos la fórmula q=mC deltaT, donde q es el calor transferido, m es la masa del agua, que en  este caso es de 50.0 gramos, C es el calor específico del agua, que es  4.18 joules sobre gramo grados Celsius, y delta T es el cambio en la temperatura, lo  que es igual a la temperatura final menos la   temperatura inicial del agua, es decir, 30.0  menos 25.0, que equivale a 5.0 grados Celsius. Los gramos se cancelan, los  grados Celsius se cancelan,   y obtendremos que q es igual a +1.0 por 10 al  cubo joules. Tenemos dos cifras significativas. El signo positivo nos indica  que el agua ganó calor,   por lo que observamos un  aumento en su temperatura. Si suponemos una transferencia de calor  perfecta, es decir, que todo el calor   desprendido por la combustión del malvavisco  fue transferido al agua, y si pensamos en la   q de la combustión del malvavisco, entonces  estas dos deberían ser iguales en magnitud. Por lo tanto, podríamos escribir que  q es igual a (y esta vez colocaremos   un signo negativo para indicar que  se pierde o se desprende calor en la   combustión del malvavisco); es igual  a menos 1.0 por 10 al cubo joules. Entonces, si suponemos una  transferencia de calor perfecta,   la magnitud de estas dos cantidades es igual. Sin embargo, es imposible que todo el calor de la   combustión del malvavisco se haya transferido a la  lata de refresco con nuestro sencillo dispositivo. En definitiva, no todo el calor fue transferido. Por ejemplo, parte de él simplemente  se pudo haber perdido en el ambiente. Y como la lata de refresco está expuesta  a la presión atmosférica del ambiente,   vamos a escribir presión atmosférica por aquí,   entonces este calorímetro de lata de refresco es  un ejemplo de calorimetría de presión constante. Y entonces, como este calor se  transfiere a presión constante,   podemos escribir qp aquí para indicar que  el calor se transfiere a presión constante. Y esta es la definición del  cambio de entalpía delta H. Así que, al quemar el malvavisco se desprendió  energía, lo cuál es una reacción exotérmica y,   por lo tanto, el signo de delta H es negativo. Por último, vamos a relacionar este experimento   del calorímetro de la lata de refresco  con las calorías de la vida diaria. Así que vamos a determinar el contenido  energético del malvavisco en calorías por gramo. Las calorías de los alimentos  se escriben con C mayúscula,   mientras que en química la unidad de energía  llamada caloría se escribe con c minúscula. Una caloría de alimentos con C mayúscula equivale  a una kilocaloría o 1000 calorías con c minúscula. Cuando quemamos el malvavisco,   empezamos con una masa total de 6.08 gramos  para el malvavisco, el corcho y el palillo. Y la masa final fue de 6.00 gramos, esto quiere  decir que se quemaron 0.08 gramos de malvavisco. Además, cuando se quemó el malvavisco encontramos   que hubo una transferencia  de 1.0 por 10 al cubo joules. Así que primero vamos a convertir  esto a calorías con c minúscula. Si multiplicamos por el factor de conversión de  que hay una caloría con c minúscula por cada 4.184   joules, entonces los joules se cancelan y nos  da como resultado 239 calorías con c minúscula. A continuación, vamos a convertir 239  calorías en calorías de alimentos. Primero multipliquemos 239 calorías por el factor   de conversión de que hay 1000 calorías  con c minúscula por cada kilocaloría. Esto nos dará 0.239 kilocalorías. Y si vamos a nuestra gráfica de  la parte superior, recordaremos   que una kilocaloría equivale a una  caloría de alimentos con C mayúscula. Por lo tanto, tenemos 0.239 kilocalorías o 0.239   calorías con C mayúscula que  es una caloría de alimentos. Para encontrar el contenido energético  del malvavisco en calorías por gramo,   tendremos que dividir nuestras calorías de  alimentos entre la cantidad de gramos de   malvavisco que utilizamos, que fueron  0.08 gramos para nuestra combustión. Así que si dividimos esto entre 0.08   gramos obtendremos aproximadamente  3 calorías por gramo de malvavisco. Y esto es útil, porque digamos que tenemos una   porción de malvaviscos de  aproximadamente 30 gramos. Entonces, si sabemos que el contenido energético  es de tres calorías por gramo, podemos simplemente   multiplicar nuestros 30 gramos de malvaviscos,  por aproximadamente tres calorías por gramo. Los gramos se cancelarían. Y nos  encontraríamos con que esos cuatro   malvaviscos que nos queríamos comer  tienen unas 90 calorías de alimentos.