1. DETERMINACIÓN DE CALORES DE COMBUSTIÓN.
BOMBA CALORIMÉTRICA.
Conceptos relacionados
Primer principio de la termodinámica, sistema adiabático, energía y entalpía de
reacción, capacidad calorífica.
Objetivos
Determinar la entalpía de combustión de una sustancia orgánica usando una bomba
calorimétrica.
Teoría
Si una reacción química se realiza en un recipiente térmicamente aislado (calorímetro),
el calor q liberado o absorbido en la reacción (según sea exotérmica o endotérmica) produce
un cambio de temperatura ∆T en el sistema (medio de reacción más calorímetro),
verificándose que
q + C∆T = 0 [1]
siendo C la capacidad calorífica del sistema.
La combustión completa de una sustancia orgánica se realiza en una bomba
calorimétrica con exceso de oxígeno. Como la reacción tiene lugar a volumen constante, el
calor de combustión se identifica con el cambio de energía interna o energía de reacción. Si
la cantidad de sustancia quemada es n, la energía de reacción es
∆U = q/n [2]
A presión constante, el calor de reacción es el cambio de entalpía o entalpía de
reacción, ∆H. Ésta puede calcularse a partir de ∆U, ya que la relación entre ambas es
∆H = ∆U + RT∆νg [3]
siendo ∆νg el incremento de coeficientes estequiométricos de sustancias gaseosas en la
ecuación química de la reacción.
La determinación calorimétrica del calor de reacción requiere que la reacción sea
rápida, para que las posibles pérdidas de calor sean despreciables, única (sin reacciones
secundarias), para que los resultados no sean falsos, y completa para conocer con precisión las
cantidades de sustancia que han reaccionado, es decir, el avance o extensión de la reacción.
Entre las reacciones que reúnen estos requisitos están las de combustión y neutralización.

2. Material y productos
Bomba calorimétrica, vaso calorimétrico, agitador magnético, fuente de alimentación
de corriente, sonda y medidor de temperatura, mortero de porcelana, prensa para preparar
pastillas, hilo de ignición, vidrio de reloj.
Ácido benzoico, naftaleno, bombona de oxígeno.
Procedimiento
1. Determinación de la capacidad calorífica del sistema calorimétrico.
La determinación de la capacidad calorífica C del sistema (bomba, calorímetro,
agitador, etc.) se lleva a cabo produciendo una reacción de calor de reacción conocido, como
la combustión del ácido benzoico (∆Hc = - 3227 kJ/mol, a 25 ºC). Para utilizar la bomba
(preparación de pastillas, llenado de oxígeno e ignición) se procede siguiendo las
instrucciones del profesor. Una vez colocada la bomba en el calorímetro, esperar hasta que la
temperatura se estabilice y, antes de la ignición, tomar nota de esta temperatura. Unos
minutos después de provocar la reacción, cuando apenas se observen cambios de temperatura,
tomar nota de la temperatura final.
Las pastillas se preparan con unos 0.4 g de la sustancia.
2. Determinación del calor de combustión del naftaleno.
Se procede igual que con el ácido benzoico.
Tanto la combustión del ácido benzoico, para determinar la capacidad calorífica del
sistema, como la combustión del naftaleno se repetirán al menos dos veces. Se recomienda
realizar ambas combustiones alternativamente.
DATOS Y RESULTADOS
1.- Capacidad calorífica del sistema calorimétrico.
a) Escribir la ecuación química de la combustión del ácido benzoico. (El agua formada en la combustión es
líquida).
b) Calcular la energía de combustión del ácido benzoico, ∆Uc,B, conocida su entalpía de combustión (∆Hc,B = -
3227 kJ/mol), mediante la ecuación [3].
c) A partir ∆Uc,B y del incremento de temperatura ∆T correspondiente a la combustión de una cantidad nB de
ácido benzoico, calcular la capacidad calorífica C del sistema, aplicando las ecuaciones [2] y [1].
2.- Entalpía de combustión del naftaleno.
a) Escribir la ecuación química de la combustión del naftaleno. (El agua formada en la combustión es líquida).
b) A partir del incremento de temperatura ∆T correspondiente a la combustión de una cantidad nN de naftaleno y
de la capacidad calorífica C del sistema, obtenida en el apartado anterior, calcular la energía de combustión del
naftaleno, ∆Uc,N, y a partir de ella su entalpía de combustión, ∆Hc,N,.
3.- Comentario y observaciones

3. SEGURIDAD
Además de las normas generales de seguridad en el laboratorio, en esta práctica debe
prestarse atención especial a los siguientes puntos:
1. Manejo de la bomba calorimétrica. Una vez instalada la pastilla en la bomba, ciérrese
fuertemente con la junta tórica y llénese con oxígeno a una presión de 10 bar, como se
indica en el apartado siguiente. Introducir la bomba con cuidado en el calorímetro, que, si
es de vidrio, es muy frágil. Una vez realizada la combustión, DESCOMPRIMIR LA
BOMBA ANTES DE ABRIRLA. Una vez abierta, no golpear los electrodos para
limpiarlos.
2. Manejo de la bombona de oxígeno.- La bombona contiene oxígeno a alta presión (hasta
200 bar) y su manejo para llenar la bomba calorimétrica debe llevarse a cabo por el
profesor o en su presencia. La bombona lleva una llave principal, al que se le acopla un
manorreductor. Un manorreductor (o un reductor de presión) es una válvula que permite
reducir la presión de un fluido a una presión constante fija o seleccionable.
Como se muestra en la figura, existen dos manómetros, uno indica la presión del gas
en la bombona y el segundo mide la presión del gas a la salida del manorreductor, o lo que
es lo mismo, a la entrada de nuestra bomba calorimétrica, valor que elige en usuario
mediante la apertura de la llave del manorreductor (se abre en sentido opuesto al usual,
por motivos de seguridad).
Con la llave de la bombona de oxigeno abierta, se abre lentamente la llave del
manorreductor, hasta que la presión en el manómetro de salida indique 10 bar, lo que
significa que la bomba calorimétrica (asegúrese de que la llave de la misma esté también
abierta) contiene oxigeno hasta 10 bar.
Una vez que esté llena la bomba calorimétrica, cierre la llave principal de la bombona,
la llave del manorreductor y la llave de la bomba calorimétrica.
Manómetro entrada
(bombona)
Manómetro salida
(bomba)
Llave manual
manorreductor