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Química avanzada (AP Chemistry)
Curso: Química avanzada (AP Chemistry) > Unidad 6
Lección 3: Capacidad térmica y calorimetríaEjemplo resuelto: Medir el contenido energético de los alimentos con calorimetría en una lata de gaseosa
La calorimetría se suele usar para evaluar el contenido energético de diferentes alimentos. En este video veremos cómo los datos de la calorimetría de la lata de gaseosa se pueden utilizar para calcular el contenido energético de un malvavisco en calorías por gramo. Creado por Jay.
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Transcripción del video
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.