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• Daniel Esparza-Rivera, Marco Antonio Treviño-Kauffmann and Aarón Rojas*. Enthalpies, entropies and Gibbs energies of sublimation and vaporization of Aza Crown Ethers and Cryptands measured by isothermal thermogravimetry. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2024. En revisión.

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• Sabbah R., Rojas-Aguilar A. Combustion calorimetry on samples of mass about 7 mg of substances containing bromine with a CRMT rocking-bomb calorimeter. Application to the study of p-bromobenzoic acid. J. Chem. Thermodyn. 1996;28(2):221-226. https://doi.org/10.1006/jcht.1996.0021

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• Torres L.A., Rojas A., Cuevas G., Juaristi E. Calorimetric study of the anomeric effect in 2-carboethoxy-1,3-dithianes. J. Phys. Org. Chem. 1994;7(10):561-566. https://doi.org/10.1002/poc.610071007  

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Proyectos del laboratorio de Termodinámica Química asignables como Prácticas Profesionales, Servicio Social o Tesis de Licenciatura a estudiantes de los últimos semestres de la carrera de Química o Ingeniería Química durante el invierno-primavera 2024.

• Habilitación de baño de temperatura constante y calibración de termistores para calorimetría de combustión (Prácticas Profesionales, 160 hrs).

• Montaje y pruebas de hermeticidad de un sistema de vacío para efusión de Knudsen (Prácticas Profesionales, 160 hrs). Asignado y concluido con éxito en el verano de 2023 por los estudiantes de 7o semestre de ESIQIE-IPN Francisco Javier Prado Godoy, Jorge Iván Ortega Barragán y Luis Antonio Rayón Santiago.

• Calibración de termistor y pruebas preliminares de celda de Reacción-Solución (Prácticas Profesionales, 160 hrs).

• Habilitación de calorímetro diferencial de barrido y medición de capacidades caloríficas de sustancias de referencia (Prácticas Profesionales, 160 hrs).

• Calibración de bomba de combustión y determinación de la energía de combustión de los materiales auxiliares polietileno y algodón (Servicio Social, 480 hrs).

• Calibración de bomba de combustión y determinación de la energía de combustión de los materiales auxiliares vaselina sólida y aceite de vaselina (Servicio Social, 480 hrs).

• Desarrollo y aplicación de un calorímetro de reacción-solución isoperibólico (Tesis de Licenciatura).

• Determinación de la entalpía estándar de combustión de compuestos nitrogenados (Tesis de Licenciatura).

• Habilitación de un calorímetro de combustión en bomba rotatoria y su aplicación al estudio termoquímico de compuestos halogenados (Tesis de Licenciatura).

• Proyectos de tesis doctoral se asignan una vez que el estudiante es aceptado en el programa de Doctorado en Ciencias Químicas del Departamento de Química del Cinvestav al cumplir los requisitos de ingreso, acreditar la estancia de admisión I2Q e integrarse al laboratorio de Termoquímica.

Infraestructura en Termoquímica y Termodinámica Experimental.

El área de Termoquímica y Termodinámica Experimental el Departamento de Química del Cinvestav cuenta con la siguiente infraestructura:

Calorimetría Diferencial de Barrido.

La medición parámetros termoquímicos de fusión o transiciones cristalinas, así como capacidades caloríficas de compuestos orgánicos u organometálicos es abordada a través de calorimetría diferencial de barrido, para lo cual en el área de Termoquímica se dispone de calorímetros tipo Perkin Elmer DSC7® y TA Instruments Q2000®.

Calorimetría Calvet

En esta metodología se mide directamente el calor disipado por una reacción o un cambio de estado, a través de la diferencia de potencial generado por efecto de una diferencia de temperaturas, entre dos termopilas conteniendo respectivamente una celda para la muestra en estudio y una celda de referencia inerte. Las termopilas se encuentran dentro de un bloque de temperatura perfectamente regulada, de modo que el efecto térmico observado corresponde exclusivamente al proceso que se verifica dentro de la celda de reacción. En su conjunto, este tipo de dispositivos se conocen como calorímetros Calvet o microcalorímetros, debido a que su sensibilidad puede alcanzar los microjoules. De este tipo de calorímetros, el área de Termodinámica del Departamento de Química del Cinvestav cuenta con un modelo C80 de la marca Setaram®. Este dispositivo ha sido adaptado, y principalmente aplicado, en la medición de energías de combustión de cantidades de muestra del orden de dos a cinco miligramos por experimento.

Calorímetría de Combustión Isoperibólica.

Calorímetro de combustión Argonne y calorímetro de combustión Parr 1230®. En su conjunto estos dispositivos permiten determinar entalpías de combustión, utilizando masas de sustancia del orden de un gramo por experimento, de una amplia variedad de compuestos que van desde aquellos constituidos exclusivamente de carbono e hidrógeno hasta compuestos organometálicos. A partir de la entalpía de combustión medida experimentalmente es posible derivar la entalpía estándar de formación de la sustancia, cantidad que es proporcional a la energía requerida para la formación de la molécula a partir de sus elementos.

Calorimetría de Reacción-Solución.

En esta metodología usualmente se mide el cambio de temperatura, generado en una celda, al mezclar los componentes de una reacción. Dicho cambio de temperatura se compara con aquel producido por la aplicación de una cantidad exacta de trabajo eléctrico sobre la misma celda de reacción y se deduce la cantidad de calor asociada al proceso químico en estudio. Para la aplicación de esta metodología experimental, el área de Termoquímica del Departamento de Química del Cinvestav cuenta con un dispositivo TAMII (de las siglas de Thermal Analysis Monitor) de TA Instruments® el cual permite determinar entalpías de reacción con una sensibilidad del orden de nanojuoles.

Nanocalorimetría

La calorimetría de titulación isotérmica, ITC de sus siglas en inglés, se refiere a la determinación de la energía disipada durante la adición secuenciada de un titulante en una celda de reacción conteniendo un titulado. El titulante y el titulado pueden ser, por ejemplo, un ligante y un sustrato susceptibles de asociarse entre sí. Cada adición de titulante genera una señal térmica cuya magnitud es determinada por el dispositivo calorimétrico y que al graficarse como función de la composición de la mezcla, permite determinar en un solo experimento la entalpía, la estequiometría, la constante de equilibrio, la energía de Gibbs y la entropía de asociación. Para este tipo de metodología el área de Termoquímica del Departamento de Química del Cinvestav cuenta con un dispositivo Nano ITC de TA Instruments®. El nombre del dispositivo se debe a su sensibilidad, la cual es del orden de nanojuoles.

Análisis Termogravimétrico.

El análisis termogravimétrico, TGA, consiste en el registro continuo de la masa de una sustancia cuando es sometida a un calentamiento lineal usualmente bajo atmósfera inerte. Dado que la pérdida de masa durante el incremento de temperatura es proporcional a la presión de vapor de la sustancia, dicha metodología es útil en la determinación de entalpías de sublimación o vaporización de sustancias orgánicas y organometálicas. Igualmente útil es en la determinación de temperaturas de descomposición de compuestos orgánicos, parámetro que se puede correlacionar con la estabilidad termodinámica de la molécula. Para este tipo de estudios el área de Termodinámica Experimental del Departamento de Química del Cinvestav cuenta con un TGA Q5000 y de un SDT Q600 ambos de la marca TA Instruments®.

Sistema de Efusión de Knudsen de Alta Temperatura.

Algunas de las magnitudes más importantes en termodinámica química son la entalpía de sublimación y la entalpía de vaporización, ya que estas cantidades son proporcionales a la energía de cohesión en un sólido o de interacción intermolecular en un líquido. Para la determinación de la entalpía de sublimación, el área de Termodinámica del Departamento de Química del Cinvestav cuenta con un sistema de efusión de Knudsen de alta temperatura; en este método la entalpía de sublimación se mide a partir de una propiedad dinámica que es la rapidez de efusión de la sustancia en estudio. Dicha rapidez de efusión se refiere a la masa de sustancia que escapa de una celda hacia el vacío, a través de un orificio de dimensiones micrométricas, en la unidad de tiempo. La rapidez de pérdida de masa es proporcional a la presión de vapor y su dependencia con la temperatura permite determinar la entalpía de sublimación de la sustancia en estudio.