Kalorimetry měří teplo chemické reakce nebo fyzické změny, jako je tání ledu na kapalnou vodu. Reakční teplo je důležité pro pochopení termodynamiky chemických reakcí a pro předvídání toho, jaké druhy reakcí proběhnou spontánně. Základní kalorimetr je velmi snadné sestavit - vše, co potřebujete, je pár šálků na kávu z polystyrenu, víko a teploměr. Před použitím kalorimetru je však nutné jej kalibrovat a určit jeho konstantu kalorimetru. Chcete-li zjistit konstantu kalorimetru pro vaše zařízení, postupujte podle níže uvedených kroků.
Oblečte si laboratorní plášť, brýle a rukavice.
Sestavte kalorimetr šálku kávy vložením jednoho šálku kávy z polystyrenu do druhého a nasazením víka. Může se to zdát jednoduché, ale pokud je správně kalibrováno, může být tento kalorimetr na šálek kávy překvapivě užitečný pro nalezení reakčních reakcí.
Pomocí odměrného válce odměřte přibližně 50 ml studené vody. V této fázi není třeba být přesný.
Změřte hmotnost prázdného kalorimetru na šálek kávy s přesností na 0,01 gramu (nebo co nejblíže). Nyní přidejte 50 ml studené vody, nasaďte víko a znovu zvážte kalorimetr. Rozdíl mezi prázdnou a plnou hmotností je hmotnost studené vody. Zaznamenejte tuto hodnotu (s přesností na 0,01 gramu).
Kádinka se zváží a zaznamená se její hmotnost (s přesností na 0,01 gramu). Přidejte přibližně 50 ml vody a kádinku znovu zvážte. Rozdíl mezi prázdnou a plnou hmotností je hmotnost horké vody. Zaznamenejte tuto hodnotu (s přesností na 0,01 gramu).
Pomocí stojanu a svorky připevněte kádinku tak, aby stála na vrcholu drátěného pletiva nad bunsenovým hořákem. Drátěné pletivo brání přímému kontaktu plamene se sklem. Umístěte jeden ze dvou teploměrů do kádinky a zajistěte jej pomocí svorky tak, aby byl zavěšen ve vodě, ale nedotýkal se spodní části kádinky.
Zapálte bunsenův hořák a opatrně zahřejte horkou vodu na asi 80 stupňů C. Je lepší ho zahřívat pomalu, než ho zahřívat příliš rychle a přivést k varu.
Vložte druhý teploměr do kalorimetru víkem. Míchejte vodu uvnitř kalorimetru po dobu čtyř minut a zaznamenávejte její teplotu v minutových intervalech s přesností na 0,1 stupně C. Teplota by měla zůstat víceméně konstantní; pokud tomu tak není, nechte studenou vodu sedět ještě nejméně dvě minuty.
Těsně před pátou minutou vypněte Bunsenův hořák, pokud jste tak již neučinili, a zaznamenejte teplotu horké a studené vody. Rychle a opatrně nalijte všechnu horkou vodu do kalorimetru, poté nasaďte víko a pokračujte v míchání pomocí teploměru.
Změřte a zaznamenávejte teplotu v kalorimetru ve 30sekundových intervalech, dokud neuplyne celkem pět minut.
Otevřete Excel nebo jiný tabulkový program. Zadejte čas jako hodnoty X a teploty jako hodnoty y a vytvořte graf svých dat. Pomocí tabulkového procesoru najděte po přidání horké vody řádek, který nejlépe vyhovuje datům. Nezahrnujte datové body z doby před přidáním horké vody do řady, která nejlépe vyhovuje. Trendová čára by měla být lineární.
Zapište si do grafu řádek nejvhodnějšího. Připojte x na 5 minut na x a vypočítejte y (extrapolovaná teplota na 5 minut). Tuto extrapolovanou teplotu budeme nazývat Tf.
Odečtěte Tf od teploty horké vody těsně před jejím přidáním do kalorimetru. Tím získáte změnu teploty teplé vody, Th. Vynásobte Th číslem 4,184 a hmotou horké vody, abyste zjistili, kolik energie ztratila horká voda v joulech.
Odečtěte teplotu studené vody od Tf; tím získáte Tc, změnu teploty studené vody. Vynásobte hmotou studené vody a 4,184, abyste zjistili množství energie získané studenou vodou v joulech.
Odečtěte energii získanou studenou vodou od energie ztracené horkou vodou. Získáte tak množství energie získané kalorimetrem.
Vydělte energii získanou kalorimetrem Tc (změna teploty studené vody). Tato konečná odpověď je vaše konstanta kalorimetru.
Věci, které budete potřebovat
- Kalorimetr na šálek kávy
- 2 teploměry
- Bunsenův hořák
- Lehčí
- Vysušte 150 ml kádinku
- Měřítko
- Odměrný válec se stupnicí
- Tabulkový program jako Excel nebo OpenOffice
- Voda
- Ringstand
- Svorka
- Drátěné pletivo
- Kalkulačka
- Laboratorní plášť
- Ochranné brýle
- Rukavice
Tipy
Konstanta kalorimetru nemůže být nikdy záporná - pokud ano, udělali jste chybu... Zkuste provést několik pokusů a zprůměrujte výsledky těchto pokusů, abyste snížili počet chyb. Nejistota ve vašem konečném průměru bude plus / mínus dvojnásobek standardní odchylky.
Varování
Při práci s otevřeným plamenem VŽDY buďte velmi opatrní. Nikdy nedovolte, aby se vaše vlasy, oděv nebo jiné hořlavé materiály přiblížily k ohni. Pokud již hořák nepoužíváte, uhaste ho. Při práci s horkou vodou buďte velmi opatrní; voda při 80 ° C může způsobit ošklivé popáleniny nebo opaření, pokud si ji vylijete na kůži.