Determinazione sperimentale del calore specifico

Per misurare il flusso di calore durante una trasformazione ed in particolare il calore specifico, il calore latente di fusione e di ebollizione e il calore di reazione ci si avvale di un dispositivo detto calorimetro. Un tipo di calorimetro è detto a tazza di caffè; esso è costituito da una tazza, in genere di polistirolo parzialmente riempita da un volume noto di acqua. Sulla tazza è presente un coperchio in cui viene inserito un termometro che pesca nell’acqua e un agitatore.

calorimetro a tazza di caffè

Quando avviene una trasformazione nel calorimetro il calore in gioco viene assorbito dall’acqua. La variazione di temperatura dell’acqua ci consente di calcolare il calore dalla relazione:

Q = m ∙ c ∙ ΔT

essendo Q la quantità di calore,  m la quantità di sostanza, c il suo calore specifico e  ΔT la variazione di temperatura tra lo stato finale e lo stato iniziale: ΔT = Tf – Ti

Si ricordi che il calore specifico dell’acqua è 4.1813 J/g °C

Nel caso specifico della determinazione del calore specifico di un metallo, quest’ultimo di massa nota e portato a una certa temperatura viene immerso nel calorimetro contenente una quantità nota di acqua ad una certa temperatura riscontrata dal termometro di cui è dotato il calorimetro. Dopo aver immerso il metallo in acqua si rileva un innalzamento di temperatura del sistema acqua + metallo in cui il metallo si è raffreddato e l’acqua si è riscaldata fino al raggiungimento dell’equilibrio termico per il quale si determina la temperatura finale.

Per determinare il calore specifico di un metallo supponiamo di avere i seguenti dati sperimentali:

 

massa della tazza vuota 2.31 g
massa della tazza vuota + acqua 180.89 g
massa della tazza vuota + acqua + metallo 780.89 g
Temperatura iniziale dell’acqua 17.0 °C
Temperatura iniziale del metallo 52.0 °C
Temperatura finale del sistema 27.0 °C

L’equazione da usare per ottenere quanto ricercato è:

calore perso dal metallo = calore acquistato dall’acqua

essendo il calore Q = m ∙ c ∙ ΔT

quindi:

massa del metallo ∙ calore specifico del metallo ∙ ΔT = massa dell’acqua ∙ calore specifico dell’acqua x ΔT  (*)

dai dati sperimentali ricaviamo i valori necessari da sostituire nell’equazione precedente;

Massa dell’acqua = 180.98 – 2.31 = 178.58 g

Massa del metallo: 780.89 – 180.89 = 600.0 g

Variazione di temperatura dell’acqua = 27.0 – 17.0 = 10.0 °

Variazione di temperatura del metallo  = 52.0 – 27.0 = 25.0 °C

Sostituiamo tali valori nell’equazione (*) e otteniamo:

(600.0 g) ∙ ( 25.0 °C) ( calore specifico = (178.58g ) ( 10.0 °C) ( 4.184 J/g°C)

Da cui risolvendo, si ha che il calore specifico del metallo è di 0.498 J/g °C

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Author: Chimicamo

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