Ein Kalorimeter ist ein Gerät, das die Temperatur eines isolierten Systems sowohl vor als auch nach einer Reaktion sorgfältig misst. Die Temperaturänderung sagt uns, ob und wie viel Wärmeenergie aufgenommen oder abgegeben wurde. Dies gibt uns wichtige Informationen über die Produkte, Edukte und die Art der Reaktion.
Endotherme und exotherme Reaktionen
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Ein endothermer Prozess nimmt Wärme aus der Umgebung auf, während ein exothermer Prozess Wärme an die Umgebung abgibt. Das Hinzufügen von Hitze hilft, Zucker und Salz im Wasser aufzulösen. Diese Reaktion ist endotherm: Reaktanten + Energie → Produkte. Die chemischen Reaktionen in einer Kerzenflamme geben Wärme ab. Diese sind exotherm: Reaktanten → Produkt + Energie.
Kalorimetrie-Experimente
Kalorimetrieexperimente messen die Menge an Wärmeenergie, die während einer Reaktion gewonnen oder verloren wird, indem die Temperatur vorher und nachher gemessen wird. Basierend auf der Temperaturänderung, den Massen der Stoffe und Geräte und einer anderen Eigenschaft namens
Arten von Kalorimetern
Ein Kalorimeter ist ein geschlossener, isolierter Behälter, in dem die chemische Reaktion in einer isolierten Umgebung abläuft. Das Kalorimeter enthält auch eine Möglichkeit, die Temperatur vor und nach der Reaktion zu messen. Es gibt zwei Haupttypen von Kalorimetern: Kalorimeter mit konstantem Druck und Kalorimeter mit konstantem Volumen. Ein Styroporbecher mit Deckel und Thermometer macht ein einfaches Konstantdruckkalorimeter für Heimversuche nützlich. Die Reaktion erfolgt immer bei Atmosphärendruck. Ein Bombenkalorimeter mit konstantem Volumen ist komplizierter. Die Reaktion findet in einem dickwandigen, verschlossenen Behälter statt, der in ein isoliertes Wasserbad getaucht wird.
Beispiele: Exotherm
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Die Kalorien in Lebensmitteln können bestimmt werden, indem man sie in einem Bombenkalorimeter verbrennt. Die zu messende Lebensmittelprobe wird in die mit Sauerstoff gefüllte Innenkammer gelegt, die über ein Heizelement verfügt, das die Probe entzündet. Da wir Lebensmittel verwenden, um Energie zu gewinnen, muss der Verbrennungsprozess Energie freisetzen – sie sind exotherm. Folglich ist die Temperatur danach höher als vorher. Ein weiteres Beispiel für eine exotherme Reaktion ist das, was in einer Instant-Heißpackung stattfindet.
Beispiele: Endotherm
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Viele Leute haben das Experiment durchgeführt, bei dem Sie Backpulver und Essig miteinander mischen und eine aufregende Reaktion erhalten. Diese Reaktion ist endotherm. Es wäre nicht schwer, dies in einem einfachen Kalorimeter zu Hause zu testen. Das Gegenteil von Instant Hot Packs sind Instant Cold Packs, die oft in Erste-Hilfe-Sets zu finden sind und endotherme Reaktionen verwenden.
Physisch vs. Chemische Prozesse
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Das Wort „Reaktion“ in diesem Artikel sollte wirklich allgemeiner gedacht werden. Phasenänderungen wie das Gefrieren oder Sieden von Wasser sind physikalische Prozesse, keine chemischen Reaktionen. Die Wärme, die hinzugefügt oder entfernt werden muss, um diese Phasenänderungen zu bewirken, gibt uns eine wichtige physikalische Konstante, die als Umwandlungswärme bezeichnet wird. Dies kann man mit einem Kalorimeter messen.
