Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Функції калориметра
- Різні типи калориметрів
- Калібрування калориметра
- Обмеження калориметрії
Хімікам часто потрібно знати, скільки теплової енергії виділяє або поглинає певна реакція. Це вимірювання допомагає їм зрозуміти більше, чому відбувається реакція, і допомагає робити корисні прогнози. Калориметри - це прилади, які вимірюють кількість тепла, що виділяється або поглинається вмістом під час реакції. Зробити простий калориметр легко, але інструменти, що застосовуються в лабораторіях, як правило, більш точні.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Калориметри дозволяють вимірювати кількість тепла в реакції. Основними їх обмеженнями є втрата тепла на навколишнє середовище та нерівномірний нагрів.
Функції калориметра
В основному калориметр вимірює зміну температури калориметра та його вмісту. Після калібрування калориметра хімік вже матиме число, яке називається постійною калориметром, яке показує, наскільки змінюється температура калориметра на кількість доданої теплоти. Використовуючи цю інформацію та масу реагентів, хімік може визначити, скільки тепла виділяється чи поглинається. Важливо, щоб калориметр мінімізував швидкість втрат тепла назовні, оскільки швидкі втрати тепла навколишньому повітрю могли б перекривити результати.
Різні типи калориметрів
Легко зробити простий калориметр самостійно. Вам потрібні дві кавові чашки з пінопласту, термометр або кришка. Цей калориметр для кавових чашок є напрочуд надійним і, таким чином, є загальною особливістю лабораторій хімії для студентів. У лабораторіях фізичної хімії є більш складні прилади, такі як "калориметри бомб". У цих пристроях реагенти знаходяться в герметичній камері, що називається бомбою. Після того, як електрична іскра запалить їх, зміна температури допомагає визначити втрачене або отримане тепло.
Калібрування калориметра
Для калібрування калориметра можна використовувати процес, який передає відому кількість тепла, наприклад вимірювання температури гарячої та холодної води. Наприклад, ви можете змішати холодну та гарячу воду у своєму каво-чашечному калориметрі. Далі ви вимірюєте температуру в часі і використовуєте лінійну регресію для обчислення "кінцевої температури" калориметра та його вмісту. Віднімання теплоти, отриманої холодною водою, від тепла, втраченого гарячою водою, дає тепло, отримане калориметром. Поділ цієї цифри на зміну температури калориметра дає його постійну калориметр, яку можна використовувати в інших експериментах.
Обмеження калориметрії
Жоден калориметр не є ідеальним, оскільки він може втрачати тепло для оточення. Хоча калориметри бомб у лабораторіях мають ізоляцію для мінімізації цих втрат, неможливо зупинити всі втрати тепла. Більше того, реагенти в калориметрі можуть бути недостатньо змішаними, що призводить до нерівномірного нагрівання та іншого можливого джерела помилок у ваших вимірах.
Крім можливих джерел помилок, ще одне обмеження передбачає види реакцій, які ви можете вивчити. Наприклад, ви можете знати, як розкладання ТНТ виділяє тепло. Подібну реакцію неможливо було б вивчити на калориметрі з кавовою чашкою і навіть не бути практичною в калориметрі бомби. Альтернативно, реакція може відбуватися дуже повільно, наприклад, окислення заліза до утворення іржі. Подібну реакцію було б важко вивчити калориметром.