En su nivel más básico, la calorimetría es la ciencia de la absorción y pérdida de calor. Mide los cambios de energía en una sustancia dada y les da a los observadores e investigadores una idea de cuánta energía se requiere para descomponer esa sustancia o hacer que cambie. Un proceso químico puede absorber o liberar energía, y muchas veces esta energía se encuentra en forma de calor. El análisis nutricional es uno de los usos más comunes de esta información. Los alimentos se descomponen en energía durante la digestión y esto tiene un costo energético mensurable, pero los metales y otras sustancias también pueden descomponerse, generalmente cuando se exponen al calor ambiental. El conocimiento de estas circunstancias es importante para las personas en ingeniería y otros oficios relacionados. Los cálculos se realizan normalmente utilizando un dispositivo conocido como calorímetro y, según la naturaleza y la especificidad necesaria de la prueba, estos pueden ser muy simples o bastante complejos. La clave suele ser la capacidad de medir constantemente los cambios de temperatura a lo largo del tiempo.
Concepto basico
La calorimetría como ciencia es algo complicada, y comprender su funcionamiento más profundo generalmente requiere una comprensión firme de la física básica y la termodinámica. Sin embargo, desde una perspectiva más básica, los cálculos pueden verse como formas de determinar la energía inherente de una sustancia en función del calor que emite o absorbe. Las mediciones de temperatura suelen ser el foco central. Observar los cambios de temperatura en una sustancia a lo largo del tiempo puede dar una idea medible de cuánta energía está consumiendo o dando.
Por que es importante
La mayoría de los compuestos, desde metales duros hasta sustancias alimenticias, contienen energía bruta, pero por lo general no hacen nada a menos que la sustancia sufra algún tipo de cambio. Cuando las cosas se calientan, por ejemplo, o se exponen a otros factores ambientales, la energía latente a menudo se convertirá en algo mensurable. Comprender cómo se descomponen las sustancias y las condiciones en las que esto sucede es realmente importante para varias aplicaciones diferentes.
¿Cómo funciona?
Los científicos suelen utilizar herramientas conocidas como calorímetros para medir la cantidad de calor que absorbe o libera una reacción. Hay un par de tipos diferentes. Muchos estudiantes de ciencias de la escuela secundaria están familiarizados con una forma muy básica de calorimetría realizada en una taza de espuma; la taza actúa como aislante y los estudiantes la usan para medir los cambios de temperatura del agua a lo largo del tiempo. Los resultados de este tipo de experimento pueden brindar a los estudiantes una comprensión básica de las mediciones de energía, pero generalmente no son lo suficientemente precisos para esfuerzos más serios.
Los cálculos más serios suelen necesitar herramientas más intensivas. Un dispositivo conocido como calorímetro de bomba es un ejemplo muy común. Esta pieza de equipo generalmente está hecha de una carcasa de acero, una «bomba», que no cambia de volumen. Los reactivos se colocan dentro de la bomba y la bomba se coloca dentro de otro recipiente lleno de agua. A continuación, se anota la temperatura del agua y se deja que tenga lugar la reacción, a menudo en forma de explosión.
Ejecución del experimento
Antes de que tenga lugar la reacción, las sustancias de la bomba se someten comúnmente a una presión extrema mediante la adición de oxígeno. Los científicos también deben tener en cuenta la capacidad calorífica del dispositivo antes de poder determinar cuánto calor se absorbe o se libera. La capacidad calorífica es una medida de la cantidad de calor que se necesita para elevar el dispositivo un grado Celsius. Después de la reacción, se toma la temperatura del agua. Una vez que se conocen todos estos valores, un científico puede calcular la cantidad de calor que se absorbió o perdió.
Papel en los cálculos nutricionales
Los cálculos de calorías se utilizan en muchas aplicaciones, pero sobre todo con los alimentos. Todos los alimentos contienen un cierto contenido calórico, que es básicamente una descripción de la cantidad de energía que proporcionan, lo que a su vez indica cuánto trabajo tendrá que producir una persona para «quemar» o «eliminar» esa ingesta. La mayoría de los fabricantes de alimentos envasados de todo el mundo calculan el contenido calórico de los productos que producen e imprimen esta medida en el envase.
En términos generales, una caloría es una medida de calor y representa cuánto calor se necesita para aumentar la temperatura de un gramo de agua pura en un grado Celsius. La Caloría con C mayúscula que aparece comúnmente en los envases de alimentos es en realidad una kilocaloría: es decir, 1,000 calorías. Algunos países no utilizan las calorías como medida de energía alimentaria, sino que la describen en julios. Hay aproximadamente 4.2 julios en cada caloría.
Cuando se utiliza la calorimetría para determinar el contenido calórico de los alimentos, los alimentos deshidratados se colocan en un calorímetro de bomba. A continuación, se quema el alimento para averiguar la cantidad de energía que tiene. Por lo tanto, cuando una persona come un artículo que tiene 100 kilocalorías (alrededor de 4,200 julios), el cuerpo necesitará 100 kilocalorías (alrededor de 4,200 julios) para quemarlo.