¿Qué es el calor específico?
Conceptos básicos
En este tutorial de química, se introducirá el tema del calor específico. Además, aprenderás la fórmula que acompaña a este concepto y realizarás un ejemplo para resolver los cálculos matemáticos. También aprenderás una lista de la capacidad calorífica específica de varias sustancias.
Temas tratados en otros artículos
- Reacciones químicas hechas fáciles
- Estados de la materia
- Propiedades físicas y químicas
- Propiedades de sólidos, líquidos y gases
- Calor de fusión
Definición de calor específico
¿Es fácil calentar una sustancia? ¿Necesitan todas las sustancias la misma cantidad de calor para elevar su temperatura?
Una observación del científico Joseph Black afirmaba que, para calentar masas iguales de sustancias diferentes a través del mismo intervalo de temperatura, se necesitan cantidades distintas de energía. Por cierto, Joseph Black es más conocido por sus experimentos con dióxido de carbono, gas al que llamó «aire fijo».
Esta propiedad química, conocida como calor específico, se define como la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de un objeto. Cuando se habla de sustancias puras en cantidades variables, se utiliza la capacidad calorífica específica de esa sustancia, que es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado Kelvin la temperatura de un gramo de esa sustancia. El hielo tiene una capacidad calorífica específica, pero un cubito de hielo puede tener su propio calor específico. La capacidad calorífica específica suele medirse en julios por gramo por grado Celsius (J/g ℃).
Cada sustancia tiene su propia capacidad calorífica específica, que es un valor numérico que describe esta propiedad química. Por ejemplo, el calor específico del cobre es de 0.385, un valor bastante bajo. Esto significa que un trozo de cobre se calienta con bastante facilidad.
Fórmula del calor específico
Puedes aprender más sobre la relación entre el calor y el cambio de temperatura mediante la siguiente ecuación:
Q = mcΔT
Q= heat added (Joules)
m= mass (grams)
c= specific heat (J/ g ℃)
ΔT= change in temperature (Tfinal – T initial)
*Aunque este concepto tiene que ver con la temperatura en Celsius, no pasa nada si el valor ΔT está en una unidad de temperatura diferente. Esto se debe a que la diferencia entre las dos temperaturas será la misma independientemente de la unidad.
Esta relación sólo es válida cuando no hay cambio de fase, lo que significa que la sustancia permanece en el mismo estado de la materia de principio a fin. Las pérdidas o ganancias de calor que dan lugar a un cambio de fase, como la fusión o la congelación, tienen otras ecuaciones; ¡haz clic aquí para saber más!
Ejemplo de la ecuación de calor específico
P: ¿Cuál es la energía, en julios, necesaria para calentar un tubo de plomo de 100 g de peso de 25℃ a 37℃? La capacidad calorífica específica del plomo es de 0.128 J/g ℃.
R: Utiliza la ecuación e introduce los números para encontrar la respuesta.
Q = mcΔT
Q = (100g) (0.128J/g℃) (37℃ – 25℃)
Q = (100) (0.128) (12) = 153.6J
Capacidades caloríficas específicas – Ejemplos
Las unidades son julios por gramo por grado Celsius.
- Water = 4.186 J/g℃ (or 1 calorie)
- Dry air = 1.01J/g ℃
- Ice = 2.05 J/g ℃
- Aluminum = 0.900 J/g ℃
- Alcohol = 0.508 J/g ℃
- Copper = 0.385 J/g ℃
- Lead = 0.128 J/g ℃
¿Puede el calor específico ser negativo? No que sepamos en este planeta, pero posiblemente sí en algunas estrellas o nubes de gas.
Capacidad calorífica del agua
La capacidad calorífica específica del agua está asociada a la unidad denominada caloría. De hecho, una caloría se define como la cantidad de energía necesaria para elevar un gramo de agua líquida un grado centígrado. La caloría fue utilizada por primera vez por Nicolas Clement a principios del siglo XIX. Procede de la palabra latina «calor», que significa calor.
¿Por qué el agua tiene un calor específico elevado?
El agua tiene una gran capacidad calorífica debido a las fuertes interacciones intermoleculares. De hecho, es el líquido con mayor capacidad calorífica. Como el agua es una molécula polar, con una gran diferencia de electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno, se forman enlaces de hidrógeno entre los átomos de hidrógeno positivos de una molécula y los átomos de oxígeno negativos de las moléculas cercanas. Se necesita mucha energía para aflojar y luego romper los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua.
Problemas de práctica
Problema 1
Una muestra de 50 g de metal se calienta con 800 julios, aumentando su temperatura en 41.6℃. ¿Cuál es la identidad del metal?
Problema 2
¿Cuántos julios de energía se necesitan para elevar 500 g por 20℃?
Problema 3
Calientas una muestra de cobre de 1.2 kg a 25℃ con 900J. ¿Cuál es la temperatura final de la muestra?
Soluciones a problemas de práctica
1: Cobre
2: 9000J
3: 27℃
Lecturas complementarias
- Cálculo del porcentaje de rendimiento
- Tensión superficial y presión de vapor
- Cálculo del porcentaje en peso
- Ecuación de Clausius Clapeyron