Vsebina
- TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
- Funkcije kalorimetra
- Različne vrste kalorimetrov
- Umerjanje kalorimetra
- Omejitve kalorimetrije
Kemiki morajo pogosto vedeti, koliko toplotne energije posamezna reakcija sprosti ali absorbira. Ta meritev jim pomaga razumeti, zakaj se reakcija pojavi, in jim pomaga uporabiti napovedi. Kalorimetri so instrumenti, ki merijo količino toplote, ki jo vsebina sprosti ali absorbira med reakcijo. Naredite preprost kalorimeter, vendar so instrumenti, ki se uporabljajo v laboratorijih, običajno natančnejši.
TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
Kalorimetri vam omogočajo, da izmerite količino toplote v reakciji. Njihove glavne omejitve so izguba toplote za okolje in neenakomerno ogrevanje.
Funkcije kalorimetra
V bistvu kalorimeter meri spremembo temperature kalorimetra in njegove vsebine. Po umerjanju kalorimetra bo kemičar že imel številko, imenovano konstanta kalorimetra, ki prikazuje, koliko se spreminja temperatura kalorimetra na količino dodane toplote. S pomočjo teh informacij in mase reaktantov lahko kemičar določi, koliko toplote se sprosti ali absorbira. Pomembno je, da kalorimeter na zunaj zmanjša hitrost izgube toplote, saj bi hitre izgube toplote v okoliškem zraku izkrivile rezultate.
Različne vrste kalorimetrov
Enostavno je, da sami naredite preprost kalorimeter. Potrebujete dve skodelici za kavo iz stiropora, termometer ali pokrov. Ta kalorimetr za kavo skodelice je presenetljivo zanesljiv in je zato značilnost dodiplomskega laboratorija za kemijo. Laboratoriji za fizično kemijo imajo bolj izpopolnjene instrumente, kot so "kalorimetri za bombe". V teh napravah so reaktanti v zaprti komori, imenovani bomba. Ko jih vžge električna iskra, sprememba temperature pomaga določiti izgubljeno ali pridobljeno toploto.
Umerjanje kalorimetra
Za umerjanje kalorimetra lahko uporabite postopek, ki oddaja znano količino toplote, na primer merjenje temperature nekaj vroče in hladne vode. Na primer, lahko kalorimeter mešate s hladno in vročo vodo. Nato merite temperaturo skozi čas in uporabite linearno regresijo za izračun "končne temperature" kalorimetra in njegove vsebine. Če odvzamemo toploto hladne vode od toplote, ki jo izgubi vroča voda, dobimo toploto, pridobljeno s kalorimetrom. Če to številko razdelite na spremembo temperature kalorimetra, dobite njeno kalorimetrsko konstanto, ki jo lahko uporabite v drugih poskusih.
Omejitve kalorimetrije
Noben kalorimeter ni popoln, saj lahko izgubi toploto za okolico. Čeprav kalorimetri bombe v laboratorijih imajo izolacijo za zmanjšanje teh izgub, je nemogoče zaustaviti vse toplotne izgube. Poleg tega se reaktorji v kalorimetru morda ne mešajo dobro, kar vodi v neenakomerno segrevanje in drug možen vir napak pri vaših meritvah.
Poleg možnih virov napak še ena omejitev vključuje vrste reakcij, ki jih lahko preučite. Morda boste na primer želeli vedeti, kako razgradnja TNT sprošča toploto. Tovrstne reakcije bi bilo nemogoče proučiti na kalorimetru iz kavne skodelice in na kalorimetru z bombo morda celo ne bi bilo praktično. Lahko pa se odvija zelo počasi reakcija, kot je oksidacija železa, da nastane rje. Tovrstno reakcijo bi bilo zelo težko proučiti s kalorimetrom.