Keemikud peavad sageli teadma, kui palju soojusenergiat konkreetne reaktsioon eraldab või neelab. See mõõtmine aitab neil rohkem mõista, miks reaktsioon toimub, ja aitab neil kasulikke ennustusi teha. Kalorimeetrid on instrumendid, mis mõõdavad reaktsiooni käigus sisu vabanevat või neelduvat soojushulka. Lihtsa kalorimeetri valmistamine on lihtne, kuid laborites kasutatavad instrumendid on tavaliselt täpsemad.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Kalorimeetrid võimaldavad teil mõõta reaktsiooni soojushulka. Nende peamisteks piiranguteks on soojuse kaotamine keskkonnale ja ebaühtlane kuumutamine.
Kalorimeetri funktsioonid
Põhimõtteliselt mõõdab kalorimeeter kalorimeetri ja selle sisu temperatuuri muutust. Pärast kalorimeetri kalibreerimist on keemikul juba olemas number, mida nimetatakse kalorimeetri konstandiks, mis näitab, kui palju kalorimeetri temperatuur muutub lisatud soojushulga kohta. Selle teabe ja reagentide massi põhjal saab keemik kindlaks teha, kui palju soojust eraldub või neeldub. On oluline, et kalorimeeter minimeeriks soojuskadu väljastpoolt, kuna kiire soojuskadu ümbritsevasse õhku moonutaks tulemusi.
Erinevad kalorimeetrite tüübid
Lihtsat kalorimeetrit on lihtne ise teha. Teil on vaja kahte vahtpolüstüroolist kohvitassi, termomeetrit või kaant. See kohvitassi kalorimeeter on üllatavalt usaldusväärne ja seega on see bakalaureuseõppe keemiate laborite ühine omadus. Füüsikalise keemia laborites on keerukamad instrumendid, näiteks "pommide kalorimeetrid". Nendes seadmetes asuvad reaktandid suletud kambris, mida nimetatakse pommiks. Pärast seda, kui elektriline säde neid sütitab, aitab temperatuuri muutus kindlaks kaotada või saada saadud soojust.
Kalorimeetri kalibreerimine
Kalorimeetri kalibreerimiseks võite kasutada protsessi, mis kannab teadaolevat soojushulka, näiteks mõne kuuma ja külma vee temperatuuri mõõtmine. Näiteks võite oma kohvitassi kalorimeetris segada külma ja kuuma vett. Järgmisena mõõdate temperatuuri ajas ja arvutate lineaarse regressiooni abil kalorimeetri ja selle sisu "lõpptemperatuuri". Lahutades külma veega saadud soojuse kuuma vee kaotatud soojusest, saadakse kalorimeetri abil saadud soojus. Selle arvu jagamine kalorimeetri temperatuurimuutusega annab selle kalorimeetri konstandi, mida saate kasutada teistes katsetes.
Kalorimeetria piirangud
Ükski kalorimeeter pole ideaalne, sest see võib kaotada ümbritseva soojuse. Kuigi laboripommide kalorimeetritel on nende kadude minimeerimiseks isolatsioon, on võimatu kõiki soojuskaod peatada. Pealegi ei pruugi kalorimeetris olevad reaktandid hästi seguneda, mis toob kaasa ebaühtlase kuumenemise ja veel ühe võimaliku veaallika teie mõõtmistes.
Lisaks võimalikele veaallikatele hõlmab teine piirang selliseid reaktsioone, mida saate uurida. Näiteks võiksite teada, kuidas TNT lagunemine soojust eraldab. Sellist reaktsiooni oleks võimatu uurida kohvitassi kalorimeetris ja see ei pruugi isegi pomm kalorimeetris otstarbekas olla. Alternatiivina võib reaktsioon toimuda väga aeglaselt, näiteks raua oksüdeerumine rooste moodustamiseks. Sellist reaktsiooni oleks kalorimeetriga väga raske uurida.