La calorimetria è una tecnica sperimentale attraverso la quale è possibile misurare la quantità di calore, acquisita o ceduta, durante un processo di natura chimica. Attraverso la valutazione calorimetrica di numerose sostanze è possibile definire delle tabelle calorimetriche utilizzate, ad esempio, per la valutazione dei profili nutrizionali.
L'analisi calorimetrica rende possibile possibile la definizione dei valori numerici, espressi in joule o calorie, relativi alla quantità di energia ceduta oppure assorbita, sotto forma di calore, per ciascuna specifica sostanza in analisi.
Lo strumento utilizzato per l'analisi prende il nome di calorimetro. In commercio esistono differenti tipi di calorimetro che differiscono base al principio di analisi operato.
Esistono due tipi di calorimetro: a pressione costante oppure a volume costante
Tipi di calorimetro
I due tipi di calorimetro (pressione costante o volume costante) operano in modo diverso. Il calorimetro a pressione costante è un tipo di strumento molto economico, formato da due recipienti, solitamente costituiti da polistirolo, che assicurano un buon isolamento nei confronti dell'ambiente esterno. Nel recipiente interno trova posto un termometro.
Il calorimetro a volume costante, o calorimetro a bomba, è un apparecchio più sofisticato che permette di misurare con più accuratezza i trasferimenti di energia.
Calorimetro a pressione costante
Il calorimetro a pressione costante misura la variazione di entalpia in una reazione chimica. I reagenti, in fase liquida, sono posti al centro del contenitore principale. La reazione può procedere verso due strade: la cessione di calore all'esterno oppure l'assorbimento di calore esterno. Nel primo caso, la reazione è esoergonica poiché cede calore all'ambiente mentre, nel secondo caso, la reazione è endoergonica poiché, dall'ambiente, acquisisce calore.
La variazione registrata tra la temperatura iniziale e la temperatura finale può essere analizzata in termini quantitativi calcolando la variazione di entalpia (ΔH). In particolare, utilizzando la capacità termica specifica della soluzione, la massa dei reagenti e la variazione di temperatura è possibile determinare la varazione di entalpia.
Calorimetro a volume costante
Il calorimetro a volume costante è molto più complesso del calorimetro a pressione costante. Nel calorimetro a volume costante, la reazione avviene all'interno di un contenitore molto resistente, capace di lavorare a pressioni elevate. In questo sistema, anziché la variazione di entalpia, è misurata l'energia ceduta all'ambiente. Per questa ragione, le tabelle calorimetriche degli alimenti sono compilate attraverso le analisi con calorimetro a volume costante.
Il funzionamento del calorimetro a volume costante è molto semplice: il cilindro interno, generalmente costituito da acciaio, contiene il campione da analizzare più ossigeno puro. Un sistema di accensione, che utilizza una breve scarica elettrica, permette la combustione del campione che libererà un quantiativo di energia. Il trasferimento di energia, sotto forma di calore, determina l'aumento di temperatura dell'acqua presente nel secondo cilindro. In base all'aumento di temperatura è possibile valutare il quantitativo di energia trasferita tra il primo cilindro e il secondo.
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L'atomo e la sua struttura: Nucleo (protone, neutrone) e guscio esterno (elettrone).
Proprietà dell'atomo: Numero atomico, numero di massa, peso atomico, raggio atomico.
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Meccanica quantistica dell'elettrone: Ipotesi di De Broglie, orbitale atomico, numero quantico principale, numero quantico secondario, spin, salto quantico.
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