Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- A kaloriméter funkciói
- Különböző típusú kaloriméterek
- Kaloriméter kalibrálása
- A kalorimetria korlátozásai
A vegyészeknek gyakran tudniuk kell, hogy egy adott reakció mennyi hőenergiát bocsát ki vagy vesz fel. Ez a mérés segít nekik jobban megérteni, miért fordul elő a reakció, és segít nekik hasznos előrejelzések készítésében. A kaloriméterek olyan eszközök, amelyek mérik a reakció során a tartalom által felszabadult vagy elnyelt hőmennyiséget. Könnyen elkészíthető egy egyszerű kaloriméter, de a laboratóriumokban használt eszközök általában pontosabbak.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
A kaloriméterek segítségével megmérheti a reakció hőmennyiségét. Fő korlátozásuk a hő hővesztesége és az egyenetlen fűtés.
A kaloriméter funkciói
Alapvetően egy kaloriméter méri a hőmérséklet változását és a tartalmát. A kaloriméter kalibrálása után a vegyésznek már lesz egy kalorimeter állandónak nevezett száma, amely megmutatja, hogy a hozzáadott hőmennyiség hőmérséklete mennyiben változik a kaloriméter hőmérséklete. Ezen információk és a reagensek tömegének felhasználásával a vegyész meghatározhatja, mennyi hő szabadul fel vagy szívódik fel. Fontos, hogy a kaloriméter minimalizálja a külső hőveszteséget, mivel a környező levegőhő gyors vesztesége torzítja az eredményeket.
Különböző típusú kaloriméterek
Könnyen elkészítheti egyszerű kaloriméterét. Szüksége van két habszivacs kávé csészére, hőmérőre vagy fedőre. Ez a kávéscsésze kaloriméter meglepően megbízható, és ezért általános jellemzője az egyetemi kémia laboratóriumoknak. A fizikai kémiai laboratóriumok kifinomultabb eszközökkel rendelkeznek, mint például a "bomba kaloriméterek". Ezekben az eszközökben a reagensek zárt kamrában vannak, amelyet bombának hívnak. Miután egy elektromos szikra meggyulladta őket, a hőmérséklet-változás segít meghatározni az elvesztett vagy elért hőt.
Kaloriméter kalibrálása
A kaloriméter kalibrálásához használhat olyan eljárást, amely ismert hőmennyiséget továbbít, például mérheti hideg és meleg víz hőmérsékletét. Például keverhet hideg és meleg vizet a kávéscsésze kaloriméterében. Ezután megmérjük a hőmérsékletet az idő múlásával, és a lineáris regresszió segítségével kiszámolhatjuk a kaloriméter "végső hőmérsékletét" és annak tartalmát. Ha levonjuk a hideg víz által elért hőt a forró víz elveszített hőéből, akkor a kaloriméter által nyert hőt kapjuk. Ezt az ábrát elosztva a kaloriméter hőmérséklet-változásával megkapja a kaloriméter állandó értékét, amelyet felhasználhat más kísérletekben.
A kalorimetria korlátozásai
Egyik kaloriméter sem tökéletes, mert hőveszteséget okozhat a környezetében. Noha a laboratóriumokban levő bomba kaloriméterek szigeteltek a veszteségek minimalizálása érdekében, lehetetlen megállítani az összes hőveszteséget. Ezenkívül a kaloriméterben lévő reagensek nem keverhetők jól össze, ami egyenetlen melegítéshez és további lehetséges hibaforráshoz vezet a mérések során.
A lehetséges hibaforrások mellett egy másik korlátozás a vizsgált reakciófajtákat is magában foglalja. Például érdemes tudni, hogy a TNT bomlása miként engedi fel a hőt. Ezt a fajta reakciót lehetetlen volna megvizsgálni egy kávéscsésze kaloriméterben, és lehet, hogy a bomba kaloriméterében sem lehet praktikus. Alternatív megoldásként a reakció nagyon lassan megy végbe, például a vas oxidációjával rozsda kialakulásához. Az ilyen reakciót nagyon nehéz lenne kaloriméterrel megvizsgálni.