Kalorimeeter on seade, mis mõõdab eraldatud süsteemi temperatuuri hoolikalt nii enne kui ka pärast reaktsiooni toimumist. Temperatuuri muutus ütleb meile, kas ja kui palju soojusenergia neeldus või vabanes. See annab meile olulist teavet toodete, reaktiivide ja reaktsiooni olemuse kohta.
Endotermilised ja eksotermilised reaktsioonid
•••Jupiterimages / Pixland / Getty Images
Endotermiline protsess neelab ümbritsevast soojust, samas kui eksotermiline protsess eraldab soojust ümbruskonda. Kuumuse lisamine aitab suhkrul ja soolal vees lahustuda. See reaktsioon on endotermiline: reaktiivid + energia → tooted. Keemilised reaktsioonid küünlaleegis annavad soojust. Need on eksotermilised: reaktiivid → toode + energia.
Kalorimeetria katsed
Kalorimeetriakatsetes mõõdetakse reaktsiooni käigus saadud või kaotatud soojusenergia hulka, mõõtes temperatuuri enne ja pärast. Temperatuurimuutuse, ainete ja seadmete masside ning teise omaduse, mida nimetatakse soojusmahtuvus (mis võib olla iga komponendi jaoks erinev), arvutatakse reaktsiooni käigus toimunud soojusenergia muutus. Kui muutus on positiivne, siis eraldus soojusenergia ja protsess on eksotermiline. Kui muutus on negatiivne, siis neeldus soojusenergia ja protsess on endotermiline.
Kalorimeetrite tüübid
Kalorimeeter on suletud, isoleeritud mahuti, milles keemiline reaktsioon kulgeb isoleeritud keskkonnas. Kalorimeeter sisaldab ka viisi temperatuuri mõõtmiseks enne ja pärast reaktsiooni. Kalorimeetreid on kahte tüüpi: püsirõhu kalorimeetrid ja püsimahukalorimeetrid. Kaanega vahtpolüstüroolist tass ja termomeeter muudavad kodukatsetel kasulikuks püsiva rõhu kalorimeetri. Reaktsioon toimub alati atmosfäärirõhul. Püsiva mahuga pomm kalorimeeter on keerulisem. Reaktsioon toimub paksu seinaga suletud anumas, mis on sukeldatud isoleeritud veevanni.
Näited: eksotermiline
•••Goodshoot / Goodshoot / Getty Images
Toiduainetes sisalduvaid kaloreid saab määrata pomm kalorimeetris põletades. Mõõdetav toiduproov asetatakse sisekambrisse, mis on täidetud hapnikuga ja millel on proovi sütitav kütteelement. Kuna me kasutame toite energia saamiseks, peab nende põletamise protsess energiat vabastama - need on eksotermilised. Järelikult on temperatuur pärast seda kõrgem kui varem. Teine näide eksotermilisest reaktsioonist on see, mis toimub kohe kuumapakendis.
Näited: endotermiline
•••Thinkstock / Stockbyte / Getty Images
Paljud inimesed on läbi viinud katse, kus segate söögisoodat ja äädikat kokku ning saate põneva reaktsiooni. See reaktsioon on endotermiline. Lihtsas kodukalorimeetris ei oleks seda keeruline testida. Kiirkuumapakkide vastand on kiirlahustuskarbid, mida sageli leidub esmaabikomplektides ja mis kasutavad endotermilisi reaktsioone.
Füüsiline vs. Keemilised protsessid
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Selle artikli sõna "reaktsioon" tuleks tõesti mõelda üldisemalt. Faasimuutused, näiteks vee külmumine või keetmine, on füüsikalised protsessid, mitte keemilised reaktsioonid. Nende faasimuutuste toimumiseks oli vaja lisada või eemaldada soojus, mis annab meile olulise füüsilise konstandi, mida nimetatakse muundumissoojuseks. Selle mõõtmiseks võib kasutada kalorimeetrit.