Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Funkcje kalorymetru
- Różne rodzaje kalorymetrów
- Kalibracja kalorymetru
- Ograniczenia kalorymetrii
Chemicy często muszą wiedzieć, ile energii cieplnej uwalnia lub absorbuje dana reakcja. Ten pomiar pomaga im lepiej zrozumieć, dlaczego zachodzi reakcja, i pomaga im w tworzeniu przydatnych prognoz. Kalorymetry to przyrządy, które mierzą ilość ciepła uwalnianego lub pochłanianego przez zawartość podczas reakcji. Łatwo jest wykonać prosty kalorymetr, ale przyrządy stosowane w laboratoriach są zazwyczaj bardziej precyzyjne.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Kalorymetry pozwalają zmierzyć ilość ciepła w reakcji. Ich głównymi ograniczeniami są utrata ciepła do otoczenia i nierównomierne ogrzewanie.
Funkcje kalorymetru
Zasadniczo kalorymetr mierzy zmianę temperatury kalorymetru i jego zawartości. Po kalibracji kalorymetru chemik będzie już miał liczbę zwaną stałą kalorymetru, która pokazuje, o ile zmienia się temperatura kalorymetru na ilość dodanego ciepła. Korzystając z tych informacji i masy reagentów, chemik może określić, ile ciepła zostaje uwolnione lub pochłonięte. Ważne jest, aby kalorymetr minimalizował tempo utraty ciepła na zewnątrz, ponieważ szybka utrata ciepła do otaczającego powietrza wypaczyłaby wyniki.
Różne rodzaje kalorymetrów
Łatwo jest samodzielnie zrobić prosty kalorymetr. Potrzebujesz dwóch styropianowych filiżanek do kawy, termometru lub pokrywki. Ten kalorymetr na filiżankę kawy jest zaskakująco niezawodny, a zatem jest wspólną cechą licencjackich laboratoriów chemicznych. Laboratoria chemii fizycznej mają bardziej wyrafinowane przyrządy, takie jak „kalorymetry bombowe”. W tych urządzeniach reagenty znajdują się w szczelnej komorze zwanej bombą. Po zapaleniu ich przez iskrę elektryczną zmiana temperatury pomaga określić utratę lub zysk ciepła.
Kalibracja kalorymetru
Aby skalibrować kalorymetr, możesz użyć procesu, który przenosi znaną ilość ciepła, takiego jak pomiar temperatury pewnej ilości ciepłej i zimnej wody. Na przykład możesz mieszać zimną i gorącą wodę w kalorymetrze filiżanek kawy. Następnie mierzysz temperaturę w czasie i używasz regresji liniowej do obliczenia „temperatury końcowej” kalorymetru i jego zawartości. Odejmowanie ciepła uzyskanego przez zimną wodę od ciepła utraconego przez gorącą wodę daje ciepło uzyskane przez kalorymetr. Dzieląc tę liczbę przez zmianę temperatury kalorymetru, uzyskuje się stałą kalorymetru, którą można wykorzystać w innych eksperymentach.
Ograniczenia kalorymetrii
Żaden kalorymetr nie jest idealny, ponieważ może tracić ciepło do otoczenia. Chociaż kalorymetry bombowe w laboratoriach mają izolację, aby zminimalizować te straty, nie da się zatrzymać wszystkich strat ciepła. Ponadto odczynniki w kalorymetrze mogą nie być dobrze wymieszane, co prowadzi do nierównomiernego ogrzewania i innego możliwego źródła błędów w pomiarach.
Oprócz potencjalnych źródeł błędów, inne ograniczenie obejmuje rodzaje reakcji, które można badać. Na przykład możesz chcieć wiedzieć, w jaki sposób rozkład TNT uwalnia ciepło. Ten rodzaj reakcji byłby niemożliwy do zbadania w kalorymetrze z filiżanką kawy i może nawet nie być praktyczny w kalorymetrze z bombą. Alternatywnie reakcja może zachodzić bardzo powoli, na przykład utlenianie żelaza z utworzeniem rdzy. Ten rodzaj reakcji byłby bardzo trudny do zbadania za pomocą kalorymetru.