Химиците често трябва да знаят колко топлинна енергия отделната реакция отделя или абсорбира. Това измерване им помага да разберат повече за това защо възниква реакцията и им помага да правят полезни прогнози. Калориметрите са инструменти, които измерват количеството топлина, отделено или погълнато от съдържанието по време на реакция. Лесно е да се направи прост калориметър, но инструментите, използвани в лабораториите, обикновено са по-точни.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Калориметрите ви позволяват да измервате количеството топлина в реакция. Основните им ограничения са загубата на топлина за околната среда и неравномерното нагряване.
Функциите на калориметъра
По принцип калориметърът измерва промяната в температурата на калориметъра и неговото съдържание. След калибрирането на калориметъра химикът вече ще има число, наречено калориметрова константа, което показва колко се променя температурата на калориметъра за добавено количество топлина. Използвайки тази информация и масата на реагентите, химикът може да определи колко топлина се отделя или абсорбира. Важно е калориметърът да минимизира скоростта на топлинните загуби навън, тъй като бързите топлинни загуби за околния въздух биха изкривили резултатите.
Различни видове калориметри
Лесно е да направите сами обикновен калориметър. Необходими са ви две чаши кафе от стиропор, термометър или капак. Този калориметър за чаша за кафе е изненадващо надежден и следователно е обща характеристика на бакалавърските лаборатории по химия. Лабораториите по физическа химия разполагат с по-усъвършенствани инструменти като „бомбени калориметри“. В тези устройства реагентите са в запечатана камера, наречена бомба. След като ги запали електрическа искра, промяната в температурата помага да се определи загубата или спечелената топлина.
Калибриране на калориметър
За да калибрирате калориметър, можете да използвате процес, който предава известно количество топлина, като например измерване на температурата на малко топла и студена вода. Например, можете да смесите студена и гореща вода във вашия калориметър за чаша кафе. След това измервате температурата във времето и използвате линейна регресия, за да изчислите „крайната температура“ на калориметъра и неговото съдържание. При изваждане на топлината, получена от студената вода, от топлината, загубена от горещата вода, се получава топлината, получена от калориметъра. Разделянето на тази цифра на температурната промяна на калориметъра дава неговата калориметрова константа, която можете да използвате в други експерименти.
Ограничения на калориметрията
Нито един калориметър не е перфектен, защото може да загуби топлина от околната среда. Въпреки че бомбените калориметри в лабораториите имат изолация, за да минимизират тези загуби, е невъзможно да се спрат всички топлинни загуби. Освен това реагентите в калориметъра може да не са добре смесени, което води до неравномерно нагряване и друг възможен източник на грешка във вашите измервания.
Освен възможните източници на грешки, друго ограничение включва видовете реакции, които можете да проучите. Например, може да искате да знаете как разлагането на TNT освобождава топлина. Този вид реакция би било невъзможно да се изследва в калориметър с чаша кафе и дори може да не е практичен в калориметър с бомба. Алтернативно, реакцията може да протече много бавно, като окисляването на желязото с образуване на ръжда. Този вид реакция би било много трудно да се проучи с калориметър.