Regresión lineal simple: entalpía
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Calorimetría
La calorimetría es una técnica experimental que se utiliza para medir la cantidad de calor que se libera o se absorbe durante un proceso físico o químico, como una reacción química o un cambio de estado. Esta medición se realiza con un dispositivo llamado calorímetro, que permite registrar las variaciones de temperatura cuando ocurre el proceso. Gracias a la calorimetría, se puede estudiar cómo fluye la energía en forma de calor entre un sistema y su entorno.
Entalpía
La entalpía es una magnitud termodinámica que se representa con la letra H y se utiliza para describir la cantidad total de energía contenida en un sistema, incluyendo tanto la energía interna como la necesaria para que el sistema ocupe un cierto volumen bajo presión constante. En muchas reacciones químicas, especialmente en aquellas que ocurren en soluciones acuosas a presión constante, el cambio de entalpía (ΔH) nos indica si el proceso libera calor (exotérmico) o lo absorbe (endotérmico).
Pasos para obtener la entalpía de un proceso por medio de una regresión lineal simple
Prepara el calorímetro (profesional o improvisado) y asegúrate de que esté limpio y seco.
Mide un volumen exacto de disolvente (por ejemplo, agua) y colócalo dentro del calorímetro.
Registra la temperatura inicial del disolvente antes de agregar el soluto.
Pesa una cantidad precisa del soluto que vas a disolver.
Añade el soluto al disolvente dentro del calorímetro y agita constantemente.
Observa y anota los cambios de temperatura hasta que se estabilice.
Obtén la diferencia de temperatura: Diferencia de temperatura (°C) = Temperatura final (°C) - Temperatura inicial (°C).
la cantidad de materia del soluto usando su masa y masa molar.
Calcula el calor intercambiado: Calor (J) = Masa de agua (g) × Capacidad calorífica del agua [J/(g·°C)] × Diferencia de temperatura (°C).
Repite el proceso con distintas masas de soluto para obtener múltiples datos.
Grafica el calor en función de la cantidad de materia del soluto y aplica una regresión lineal para hallar la entalpía del proceso.
Entalpía de una disolución
La entalpía de disolución es el cambio de energía en forma de calor que ocurre cuando una sustancia se disuelve en un disolvente, como el agua. Este valor puede ser positivo o negativo, dependiendo de si el proceso global libera calor (como ocurre con el hidróxido de sodio) o lo absorbe (como sucede con el nitrato de amonio). Este dato es útil porque permite predecir los efectos térmicos al preparar soluciones, lo que es importante en procesos industriales, farmacéuticos o en experimentos de laboratorio.
Para determinar la entalpía de disolución, se puede usar la calorimetría midiendo el aumento o disminución de temperatura cuando se disuelve una cantidad conocida de soluto en una cantidad determinada de agua. Si se repite el experimento con diferentes masas de soluto, se pueden obtener varios valores de energía liberada o absorbida, y representarlos en una gráfica. Por medio de una regresión lineal simple, es posible encontrar la pendiente, que corresponde el cambio de entalpía por mol de soluto disuelto. Así, se combina el trabajo experimental con el análisis matemático para obtener un valor preciso.
A partir de los datos experimentales del cloruro de calcio, se construyó una gráfica en la que se colocó la cantidad de materia (mol) en el eje x, y el calor liberado (J) en el eje y. Aplicando una regresión lineal simple, se obtuvo la ecuación estimada, donde Q representa el calor liberado y n la cantidad de materia disuelta.
En esta ecuación, la pendiente 74307 J/mol corresponde con el cambio de entalpía del proceso de disolución. Como el calor se libera al disolver el cloruro de calcio, la entalpía de disolución es ΔH = –74.3 kJ/mol, lo que indica un proceso exotérmico, es decir, que desprende energía en forma de calor al entorno. Este resultado coincide con lo esperado para una sal que se disuelve con aumento notable de temperatura.
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