Kemikere har ofte brug for at vide, hvor meget varmeenergi en bestemt reaktion frigiver eller absorberer. Denne måling hjælper dem med at forstå mere om, hvorfor reaktionen opstår, og hjælper dem med at komme med nyttige forudsigelser. Kalorimetre er instrumenter, der måler mængden af varme, der frigives eller absorberes af indholdet under en reaktion. Det er let at lave et simpelt kalorimeter, men de instrumenter, der bruges i laboratorier, er typisk mere præcise.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Kalorimetre lader dig måle mængden af varme i en reaktion. Deres vigtigste begrænsninger er at miste varmen til miljøet og ujævn opvarmning.
Funktionerne i et kalorimeter
Dybest set måler et kalorimeter kalorimeterets temperaturændring og dens indhold. Efter kalorimeterkalibreringen har kemikeren allerede et tal kaldet kalorimeterkonstanten, som viser, hvor meget temperaturen på kalorimeteret ændrer sig pr. Tilsat varme. Ved hjælp af disse oplysninger og massen af reaktanterne kan kemikeren bestemme, hvor meget varme der frigives eller absorberes. Det er vigtigt, at kalorimeteret minimerer varmetabshastigheden udefra, da hurtigt varmetab til den omgivende luft ville skæve resultaterne.
Forskellige typer kalorimetre
Det er nemt at lave en simpel kalorimeter selv. Du har brug for to isopor-kaffekopper, et termometer eller et låg. Dette kaffekop kalorimeter er overraskende pålideligt og er derfor et almindeligt træk ved bachelor kemi laboratorier. Fysiske kemilaboratorier har mere sofistikerede instrumenter såsom "bombe kalorimetre." I disse enheder er reaktanterne i et forseglet kammer kaldet bomben. Efter at en elektrisk gnist har antændt dem, hjælper temperaturændringen med at bestemme den tabte eller optjente varme.
Kalibrering af et kalorimeter
For at kalibrere et kalorimeter kan du bruge en proces, der overfører en kendt mængde varme, såsom at måle temperaturen på noget varmt og koldt vand. For eksempel kan du blande koldt og varmt vand i dit kaffekop kalorimeter. Dernæst måler du temperaturen over tid og bruger lineær regression til at beregne kalorimeterets "endelige temperatur" og dens indhold. At trække den varme, der er opnået af det kolde vand, fra varmen, som det varme vand taber, giver den varme, der opnås med kalorimeteret. At dividere dette tal med kalorimeterets temperaturændring giver dets kalorimeter konstant, som du kan bruge i andre eksperimenter.
Begrænsninger i kalorimetri
Intet kalorimeter er perfekt, fordi det kan miste varmen til omgivelserne. Selvom bomberkalorimetre i laboratorier har isolering for at minimere disse tab, er det umuligt at stoppe alt varmetab. Desuden kan reaktanterne i kalorimeteret ikke blandes godt, hvilket fører til ujævn opvarmning og en anden mulig fejlkilde i dine målinger.
Bortset fra mulige fejlkilder involverer en anden begrænsning de slags reaktioner, du kan studere. For eksempel vil du måske vide, hvordan nedbrydningen af TNT frigiver varme. Denne form for reaktion ville være umulig at undersøge i et kaffekop kalorimeter og måske ikke engang praktisk i et bombe kalorimeter. Alternativt kan en reaktion finde sted meget langsomt, såsom oxidation af jern til dannelse af rust. Denne form for reaktion ville være meget vanskelig at undersøge med et kalorimeter.