Capacità termica: unità di misura, esercizi

La capacità termica di un corpo è il rapporto fra il calore  scambiato tra il corpo e l’ambiente e la variazione temperatura conseguente.
Il calore specifico di un corpo viene definito dalla relazione c = q/mΔT è la quantità di calore necessaria per innalzare o abbassare di 1 K la massa di 1 kg di una sostanza ed ha come unità di misura nel Sistema Internazionale J/kg∙K.

Se a un dato un generico corpo a temperatura T1 è somministrata energia sotto forma di calore q esso si porterà a una temperatura T2 .

ll corpo quindi ha avuto una variazione di temperatura pari a T2-T2; detta ΔT questa variazione si definisce capacità termica C il rapporto tra la quantità di calore trasferita al corpo e la variazione di temperatura ovvero:
C = q/ΔT

L’unità di misura di C è J/K ovvero J/°C in quanto la variazione di temperatura è numericamente la stessa sia che venga espressa in K che in °C.

Unità di misura

La capacità termica può essere espressa come una funzione della quantità di sostanza; si ha quindi la capacità termica molare la cui unità di misura è J/K∙mol e la capacità termica per grammo detta capacità termica specifica la cui unità è J/K∙g.

Al posto del calore q che non è una funzione di stato appare tuttavia più comodo ragionare in termini della funzione di stato entalpia H.

Se non viene fatto alcun lavoro elettrico o meccanico a pressione costante ΔH = qp e quindi la capacità termica che dobbiamo usare è Cp ovvero la capacità termica a pressione costante definita come:
Cp=ΔH/ΔT

Pertanto a pressione costante ΔH = CpΔT (1)

L’unità di misura di Cp è J/K o J/°C ma la capacità termica a pressione costante può essere considerata per mole o per grammo di sostanza.

Se la capacità termica è definita in termini di mole allora la (1) diventa:

ΔH = n CpΔT
Se è definita in termini di grammi si ha:

ΔH = m CpΔT

In queste equazioni appare che Cp sia indipendente dalla temperatura tuttavia, anche se questo assunto può essere considerato corretto per gli scopi comuni, a rigore cambia di poco al variare della temperatura.

Esercizio

In una bomba calorimetrica contenente 1200 g di acqua alla temperatura di 22.46°C vengono fatti bruciare 0.510 g di etanolo. Calcolare la variazione di entalpia per mole di etanolo se la temperatura finale dell’acqua è di 25.52°C.

La variazione di temperatura dell’acqua è pari a:

ΔT = 25.52 – 22.46 = 3.06°C ( = 3.06 K)

Il calore specifico dell’acqua  è pari a 4.18 J/g°C quindi il calore assorbito dall’acqua è:

qaq  = 1200 g ∙ 4.18 J/g°C ∙ 3.06 °C = 1.53 ∙ 104 J = 15.3 kJ

Non essendo presenti scambi di calore con l’esterno la somma del calore acquistato dall’acqua e quello perso nel corso della reazione è pari a zero si ha che il calore ottenuto dalla reazione è di – 15.3 kJ

Le moli di etanolo sono pari a 0.510 g/46.05 g/mol= 0.0111

La variazione di entalpia per mole è quindi data da:

ΔH = – 15.3 kJ/0.0111 mol= – 1378 kJ/mol

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

TI POTREBBE INTERESSARE

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Temperature di ebollizione di composti organici

Le temperature di ebollizione dei composti organici forniscono informazioni relative alle loro proprietà fisiche e alle caratteristiche della loro struttura e costituiscono una delle...