DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA CATEDRA DE FISICOQUÍMICA TRABAJO PRÁCTICO DE LABORATORIO Nº 6

Transcripción

1 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA CATEDRA DE FISICOQUÍMICA TRABAJO PRÁCTICO DE LABORATORIO Nº 6 DETERMINACIÓN DEL VALOR CALÓRICO DE LOS ALIMENTOS Objeto de la práctica: Determinar el aporte calórico de los alimentos. Calorimetría: Se relaciona con la medición del calor desarrollado cuando se quema en condiciones apropiadas, una masa determinada de una especie alimentaria. Cuando el calor fluye de un sistema a otro hasta que ambos han adquirido la misma temperatura, no ocurren más cambios térmicos. No hay transferencia neta de calor entre los dos sistemas, siempre y cuando sus temperaturas se mantengan constantes e iguales entre sí. Cuando dos sistemas tienen la misma temperatura, sus estados de energía interna son idénticos, y se dice que están en equilibrio térmico. Este hecho ejemplifica el concepto conocido como la ley cero de la termodinámica. En calorimetría, un sistema experimenta un cambio en su energía interna cuando pasa del estado E 1 a un segundo estado E 2. Cuando se emplea una bomba calorimétrica como la que se ilustra en la figura, ocurre un cambio en la temperatura; sin embargo, si el cambio de temperatura es de una fracción de grado, se puede usar la cantidad (T 2 T 1 ) para calcular el cambio en la energía interna del sistema. Debido a que las variaciones térmicas son pequeñas se considera que el proceso es aproximadamente isotérmico. La bomba calorimétrica está compuesta por varias partes básicas: a) Una cámara de reacción. b) Una cubierta de acero. c) Una porta muestras. d) Un mecanismo de ignición. 1

2 e) Un baño de agua f) Un agitador. g) Un termómetro sensible. Cuando se efectúa el proceso de combustión, el calor es absorbido por el baño de agua y por el cuerpo componente de la bomba calorimétrica: El tamaño relativamente grande del sistema hace que una cantidad apreciable del calor sea transmitido de la cámara de reacción a toda la bomba calorimétrica, con sólo un pequeño cambio de temperatura. Cantidad de calor: El calor, como la energía mecánica, es una cosa intangible, y una unidad de calor no es algo que puede conservarse en el laboratorio de medida. La cantidad de calor que interviene en un proceso se mide por algún cambio que acompaña a este proceso, y una unidad de calor 2

3 se define como el calor necesario para producir una transformación tipo convenida. Tres son las unidades, la caloría kilogramo, la caloría gramo y la unidad térmica británica (BTU). La caloría kilogramo es la cantidad de calor que hay que suministrarse a un kilogramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado. La caloría gramo es la cantidad de calor que hay que suministrarse a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado. La BTU es la cantidad de calor que hay que suministrarse a una libra de agua para elevar su temperatura en un grado Fahrenheit. Evidentemente, 1 caloría kilogramo = calorías gramo. Puesto que 454 g = 1 libra, y 1 F = 5/9 C, la BTU puede definirse como la cantidad de calor que ha de suministrarse a 454 g (o 0,454 kg) de agua para elevar su temperatura en 5/9 de C y equivale a 454 x 5/9 = 252 calorías gramo, o sea 0,252 kcal.; por consiguiente: 1 BTU = 252 cal = 0,252 kcal Las unidades de calor que se usa en física y química, varía un poco con la temperatura inicial del agua,es decir, si la elevación de temperatura es de 0 a 1 ó de 47 a 48 C. Por tal motivo, se conviene generalmente usar el intervalo de temperatura entre 14,5 y 15,5 C y en las unidades inglesas el intervalo de temperatura, entre 63 y 64 F. Equivalente mecánico del calor: La energía en forma mecánica se mide en kilogramos, ergios, Julios o libras.pie; la energía en forma calórica se mide en calorías o BTU. Puede encontrarse la relación entre las unidades caloríficas y las unidades mecánicas, mediante una experiencia en la cual una cantidad medida de energía mecánica es transformada íntegramente en una cantidad medida de calor. Las primeras experiencias precisas fueron realizadas por Joule, donde las unidades de energía mecánica fueron transformadas en calor encontrando las siguientes relaciones: 4,186 julios = 1 caloría julios = 1 kilocaloría 427,1 kgm = 1 kilocaloría 778 lb.pie = 1 BTU 3

4 Capacidad calorífica. Calor específico: Las sustancias difieren entre sí, en la cantidad de calor necesaria para producir una elevación determinada de temperatura sobre una masa dada. Se supone que se suministra a un cuerpo una cantidad de calor Q, que le produce una elevación t de su temperatura: la razón de la cantidad de calor suministrada al correspondiente incremento de temperatura se denomina capacidad calorífica del cuerpo. Capacidad calorífica = Q t Para obtener una cifra que sea característica de la sustancia de que está hecho el cuerpo, se define, la capacidad calorífica específica o calor específico. La capacidad calorífica por unidad de masa o calor específico; se define por la letra c. Capacidad calorífica Q/ t Q C = = = Masa m m. t La cantidad de calor desprendida por la combustión de cualquier sustancia será: Q = m.c t Q = m. c (t 2 t 1 ) Donde: Q es la cantidad de calor desprendido por la combustión de la sustancia considerada. m es la masa de agua que contiene el calorímetro. C es el calor específico del agua. t 2 es la temperatura final del agua del calorímetro. t 1 es la temperatura inicial del agua del calorímetro. 4

5 Procedimiento práctico: Compactar 1,000 g de harina de trigo de manera de formar un cilindro, incorporando en su interior una pequeña espira de alambre de resistencia para iniciar la combustión. Colocar el cilindro de muestra compactada y exactamente pesada, dentro de la cámara de combustión. Cerrar herméticamente la cámara de combustión, incorporar oxígeno a una presión de 25 kg / cm 2. Conectar los terminales de la resistencia a un generador eléctrico. Incorporar al calorímetro una masa previamente pesada de agua. Agitar el agua contenida en el calorímetro, realizando lecturas periódicas de la temperatura inicial del ensayo, hasta que ésta permanezca constante. Producir la combustión de la muestra accionando el sistema eléctrico de encendido. Medir el aumento de la temperatura del agua a intervalos de tiempos regulares, hasta que la misma alcance el máximo. Continuar realizando lecturas de la temperatura en el momento que ella comience a descender. Construir un gráfico en papel milimetrado temperatura versus tiempo, para medir el t registrado. Determinar la constante del calorímetro, empleando para ello la combustión de sustancias patrones y método apropiado. Calcular la cantidad de calor entregada por la sustancia alimenticia en calorías % aplicando la fórmula de cálculo siguiente: Calorías / 100 g = (m w c w + m c c c ) (t 2 t 1 ). 100 /P Donde: m w es la masa de agua del calorímetro. C p es la capacidad calorífica del agua. m c.c c es el equivalente en agua del calorímetro o constante del calorímetro. t 2 es la temperatura final. t 1 es la temperatura inicial. P es el peso de la muestra. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS - EXPERIMENTOS DE FISICOQUÍMICA. Manuel URQUIZA. Editorial LIMUSA. WILEY S.A. (1969), México. 5