Ένα θερμιδόμετρο είναι μια συσκευή που μετρά προσεκτικά τη θερμοκρασία ενός απομονωμένου συστήματος τόσο πριν όσο και μετά την αντίδραση. Η αλλαγή της θερμοκρασίας μας λέει αν η θερμική ενέργεια απορροφήθηκε ή απελευθερώθηκε και πόσο. Αυτό μας δίνει σημαντικές πληροφορίες για τα προϊόντα, τα αντιδραστήρια και τη φύση της αντίδρασης.
Ενδοθερμικές και εξωθερμικές αντιδράσεις
•••Jupiterimages / Pixland / Getty Images
Μια ενδοθερμική διαδικασία απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον, ενώ μια εξώθερμη διαδικασία απελευθερώνει θερμότητα στο περιβάλλον. Η προσθήκη θερμότητας βοηθά τη ζάχαρη και το αλάτι να διαλύονται στο νερό. Αυτή η αντίδραση είναι ενδοθερμική: Αντιδραστήρια + Ενέργεια → Προϊόντα. Οι χημικές αντιδράσεις σε μια φλόγα κεριών εκπέμπουν θερμότητα. Αυτά είναι εξωθερμικά: Αντιδραστήρια → Προϊόν + Ενέργεια.
Πειράματα θερμιδομετρίας
Τα πειράματα θερμιδομετρίας μετρούν την ποσότητα θερμικής ενέργειας που αποκτήθηκε ή χάθηκε κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης μετρώντας τη θερμοκρασία πριν και μετά. Με βάση την αλλαγή θερμοκρασίας, τις μάζες των ουσιών και του εξοπλισμού και μια άλλη ιδιότητα που ονομάζεται
θερμοχωρητικότητα (το οποίο μπορεί να είναι διαφορετικό για κάθε συστατικό), υπολογίζεται η μεταβολή της θερμικής ενέργειας που συνέβη κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Εάν η αλλαγή είναι θετική, τότε η θερμική ενέργεια απελευθερώθηκε και η διαδικασία είναι εξώθερμη. Εάν η αλλαγή είναι αρνητική, τότε η θερμική ενέργεια απορροφήθηκε και η διαδικασία είναι ενδοθερμική.Τύποι θερμιδομέτρων
Ένα θερμιδόμετρο είναι ένα κλειστό, μονωμένο δοχείο στο οποίο η χημική αντίδραση προχωρά σε απομονωμένο περιβάλλον. Το θερμιδόμετρο περιλαμβάνει επίσης έναν τρόπο μέτρησης της θερμοκρασίας πριν και μετά την αντίδραση. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι θερμιδομέτρων: θερμιδόμετρα σταθερής πίεσης και θερμόμετρα σταθερού όγκου. Ένα φλιτζάνι φελιζόλ με καπάκι και θερμόμετρο κάνει ένα βασικό θερμιόμετρο σταθερής πίεσης χρήσιμο για πειράματα στο σπίτι. Η αντίδραση είναι πάντα σε ατμοσφαιρική πίεση. Ένα θερμιδόμετρο με βόμβα σταθερού όγκου είναι πιο περίπλοκο. Η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε ένα σφραγισμένο δοχείο με πυκνά τοιχώματα που βυθίζεται σε ένα μονωμένο υδατόλουτρο.
Παραδείγματα: Εξωθερμική
•••Goodshoot / Goodshoot / Getty Images
Οι θερμίδες στα τρόφιμα μπορούν να προσδιοριστούν κάψιμο σε θερμιδόμετρο βόμβας. Το δείγμα τροφής που πρόκειται να μετρηθεί τοποθετείται στον εσωτερικό θάλαμο, ο οποίος είναι γεμάτος με οξυγόνο και έχει ένα θερμαντικό στοιχείο που θα ανάψει το δείγμα. Επειδή χρησιμοποιούμε τρόφιμα για να πάρουμε ενέργεια, η διαδικασία καύσης τους πρέπει να απελευθερώνει ενέργεια - είναι εξώθερμη. Κατά συνέπεια, η θερμοκρασία θα είναι υψηλότερη αργότερα από ό, τι προηγουμένως. Ένα άλλο παράδειγμα μιας εξώθερμης αντίδρασης είναι αυτό που λαμβάνει χώρα σε ένα στιγμιαίο hot pack.
Παραδείγματα: Ενδοθερμική
•••Thinkstock / Stockbyte / Getty Images
Πολλοί άνθρωποι έχουν πραγματοποιήσει το πείραμα όπου αναμιγνύετε τη μαγειρική σόδα και το ξύδι και έχετε μια συναρπαστική αντίδραση. Αυτή η αντίδραση είναι ενδοθερμική. Δεν θα ήταν δύσκολο να το δοκιμάσετε σε ένα απλό θερμιδόμετρο στο σπίτι. Το αντίθετο των στιγμιαίων καυτών συσκευασιών είναι τα στιγμιαία κρύα πακέτα, τα οποία βρίσκονται συχνά σε κιτ πρώτων βοηθειών και χρησιμοποιούν ενδοθερμικές αντιδράσεις.
Φυσική έναντι Χημικές διεργασίες
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Η λέξη «αντίδραση» σε αυτό το άρθρο πρέπει πραγματικά να μελετηθεί γενικότερα. Οι αλλαγές φάσης, όπως το πάγωμα του νερού ή ο βρασμός, είναι φυσικές διεργασίες και όχι χημικές αντιδράσεις. Η θερμότητα που πρέπει να προστεθεί ή να αφαιρεθεί για να πραγματοποιηθούν αυτές οι αλλαγές φάσης μας δίνει μια σημαντική φυσική σταθερά που ονομάζεται θερμότητα μετασχηματισμού. Κάποιος μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα θερμιδόμετρο για να το μετρήσει.