Kalorimetri on laite, joka mittaa eristetyn järjestelmän lämpötilaa huolellisesti sekä ennen reaktion tapahtumista että sen jälkeen. Lämpötilan muutos kertoo, absorboiko vai vapautuiko lämpöenergia ja kuinka paljon. Tämä antaa meille tärkeää tietoa tuotteista, reagensseista ja reaktion luonteesta.
Endotermiset ja eksotermiset reaktiot
•••Jupiterimages / Pixland / Getty Images
Endoterminen prosessi absorboi lämpöä ympäristöstä, kun taas eksoterminen prosessi vapauttaa lämpöä ympäristöön. Lämmön lisääminen auttaa sokeria ja suolaa liukenemaan veteen. Tämä reaktio on endoterminen: reagenssit + energia → tuotteet. Kynttilän liekin kemialliset reaktiot tuottavat lämpöä. Nämä ovat eksotermisiä: Reagenssit → Tuote + energia.
Kalorimetriakokeet
Kalorimetriakokeet mittaavat reaktion aikana saadun tai menetetyn lämpöenergian määrän mittaamalla lämpötilan ennen ja jälkeen. Lämpötilan muutoksen, aineiden ja laitteiden massat sekä toinen ominaisuus, jota kutsutaan lämpökapasiteetti (joka voi olla erilainen kullekin komponentille) lasketaan reaktion aikana tapahtunut lämpöenergian muutos. Jos muutos on positiivinen, vapautui lämpöenergiaa ja prosessi on eksoterminen. Jos muutos on negatiivinen, absorboitiin lämpöenergiaa ja prosessi on endoterminen.
Kalorimetrien tyypit
Kalorimetri on suljettu, eristetty astia, jossa kemiallinen reaktio etenee eristetyssä ympäristössä. Kalorimetri sisältää myös tavan mitata lämpötila ennen reaktiota ja sen jälkeen. Kalorimetrejä on kahta päätyyppiä: vakiopaineiset kalorimetrit ja vakiotilavuuskalorimetrit. Styrofoam-kuppi, jossa on kansi ja lämpömittari, tekee vakiopaineisen kalorimetrin hyödylliseksi kotikokeissa. Reaktio on aina ilmakehän paineessa. Vakiotilavuuspommien kalorimetri on monimutkaisempi. Reaktio tapahtuu paksuseinämäisessä, sinetöidyssä astiassa, joka upotetaan eristettyyn vesihauteeseen.
Esimerkkejä: Eksoterminen
•••Goodshoot / Goodshoot / Getty Images
Elintarvikkeiden kalorit voidaan määrittää polttamalla ne pommien kalorimetrissä. Mitattava ruokanäyte sijoitetaan sisäkammioon, joka on täynnä happea ja jossa on lämmityselementti, joka sytyttää näytteen. Koska käytämme elintarvikkeita energian saamiseksi, niiden polttamisen on vapautettava energiaa - ne ovat eksotermisiä. Näin ollen lämpötila on jälkikäteen korkeampi kuin etukäteen. Toinen esimerkki eksotermisestä reaktiosta on se, mikä tapahtuu välittömässä kuumapakkauksessa.
Esimerkkejä: Endoterminen
•••Thinkstock / Stockbyte / Getty Images
Monet ihmiset ovat suorittaneet kokeen, jossa sekoitat sooda ja etikka yhteen ja saat jännittävän reaktion. Tämä reaktio on endoterminen. Ei olisi vaikeaa testata tätä yksinkertaisella kodin kalorimetrillä. Pikakuumepakkausten vastakohta on pikakylmäpakkaus, jota esiintyy usein ensiapupakkauksissa ja joissa käytetään endotermisiä reaktioita.
Fyysinen vs. Kemialliset prosessit
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Tämän artikkelin sanaa "reaktio" tulisi todella ajatella yleisemmin. Vaihemuutokset, kuten veden jäätyminen tai kiehuminen, ovat fysikaalisia prosesseja, eivät kemiallisia reaktioita. Lämpö, joka on lisättävä tai poistettava näiden vaihemuutosten tekemiseksi, antaa meille tärkeän fyysisen vakion, jota kutsutaan muutoslämmöksi. Tämän voi mitata kalorimetrillä.