ما هو جهاز قياس السعرات الحرارية وما هي حدوده؟

غالبًا ما يحتاج الكيميائيون إلى معرفة مقدار الطاقة الحرارية التي يطلقها تفاعل معين أو يمتصها. يساعدهم هذا القياس على فهم المزيد حول سبب حدوث التفاعل ويساعدهم على عمل تنبؤات مفيدة. المسعرات هي أدوات تقيس كمية الحرارة المنبعثة أو الممتصة من المحتويات أثناء التفاعل. من السهل عمل مقياس مسعر بسيط ، لكن الأدوات المستخدمة في المختبرات عادةً ما تكون أكثر دقة.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

تتيح لك المسعرات قياس كمية الحرارة في التفاعل. تتمثل قيودهم الرئيسية في فقدان الحرارة في البيئة والتدفئة غير المتكافئة.

في الأساس ، يقيس المسعر التغير في درجة حرارة المسعر ومحتوياته. بعد معايرة المسعر ، سيكون لدى الكيميائي بالفعل رقم يسمى ثابت المسعر ، والذي يوضح مدى تغير درجة حرارة المسعر لكل كمية حرارة مضافة. باستخدام هذه المعلومات وكتلة المواد المتفاعلة ، يمكن للكيميائي تحديد مقدار الحرارة التي يتم إطلاقها أو امتصاصها. من المهم أن يقلل المسعر من معدل فقد الحرارة للخارج ، لأن الفقد السريع للحرارة في الهواء المحيط من شأنه أن يؤدي إلى تحريف النتائج.

من السهل عمل مقياس مسعر بسيط بنفسك. أنت بحاجة إلى فنجان قهوة من الستايروفوم أو ميزان حرارة أو غطاء. يعتبر مقياس السعرات الحرارية لفنجان القهوة هذا موثوقًا به بشكل مدهش ، وبالتالي فهو سمة مشتركة لمختبرات الكيمياء الجامعية. تمتلك مختبرات الكيمياء الفيزيائية أدوات أكثر تطوراً مثل "مسعرات القنبلة". في هذه الأجهزة ، تكون المواد المتفاعلة في حجرة مغلقة تسمى القنبلة. بعد أن تشتعل شرارة كهربائية لهم ، يساعد التغيير في درجة الحرارة على تحديد الحرارة المفقودة أو المكتسبة.

لمعايرة جهاز قياس السعرات الحرارية ، يمكنك استخدام عملية تنقل كمية معروفة من الحرارة مثل قياس درجة حرارة بعض الماء الساخن والبارد. على سبيل المثال ، يمكنك خلط الماء البارد والساخن في مسعر فنجان القهوة. بعد ذلك ، تقيس درجة الحرارة بمرور الوقت وتستخدم الانحدار الخطي لحساب "درجة الحرارة النهائية" للمسعر ومحتوياته. ينتج عن طرح الحرارة المكتسبة من الماء البارد من الحرارة المفقودة بواسطة الماء الساخن الحرارة المكتسبة بواسطة المسعر. قسمة هذا الرقم على تغير درجة حرارة المسعر يعطي ثابت المسعر ، والذي يمكنك استخدامه في تجارب أخرى.

لا يوجد مقياس مسعر مثالي لأنه يمكن أن يفقد الحرارة في محيطه. على الرغم من أن مسعرات القنبلة في المختبرات بها عازل لتقليل هذه الخسائر ، إلا أنه من المستحيل إيقاف فقدان الحرارة بالكامل. علاوة على ذلك ، قد لا يتم خلط المواد المتفاعلة في المسعر جيدًا ، مما يؤدي إلى تسخين غير متساو ومصدر آخر محتمل للخطأ في قياساتك.

بصرف النظر عن مصادر الخطأ المحتملة ، هناك قيد آخر يتضمن أنواع ردود الفعل التي يمكنك دراستها. على سبيل المثال ، قد ترغب في معرفة كيف يطلق تحلل مادة تي إن تي الحرارة. سيكون من المستحيل دراسة هذا النوع من التفاعل في مسعر فنجان القهوة وقد لا يكون عمليًا حتى في مسعر القنبلة. بدلاً من ذلك ، قد يحدث تفاعل ببطء شديد مثل أكسدة الحديد لتكوين الصدأ. سيكون من الصعب جدًا دراسة هذا النوع من التفاعل باستخدام جهاز قياس السعرات الحرارية.