Kalorimetrit mittaavat kemiallisen reaktion tai fyysisen muutoksen lämpöä, kuten jään sulaminen nestemäiseksi vedeksi. Reaktiolämpö on tärkeä ymmärtämään kemiallisten reaktioiden termodynamiikkaa ja ennustamaan, millaisia reaktioita tapahtuu spontaanisti. Peruskalorimetri on erittäin helppo rakentaa - tarvitset vain pari styroksi-kahvikuppia, kannen ja lämpömittarin. Ennen kalorimetrin käyttöä sinun on kuitenkin kalibroitava ja määritettävä sen kalorimittarin vakio. Löydä laitteesi kalorimetrivakio noudattamalla seuraavia ohjeita.
Pue laboratoriotakki, suojalasit ja käsineet.
Kokoa kahvikupin kalorimetri asettamalla yksi styroksi-kahvikuppi toiseen ja kiinnittämällä kansi. Se voi tuntua yksinkertaiselta, mutta jos se on oikein kalibroitu, tämä kahvikupin kalorimetri voi olla yllättävän hyödyllinen reaktiolämpöjen löytämisessä.
Mittaa noin 50 ml kylmää vettä mittasylinterillä. Tässä vaiheessa ei tarvitse olla tarkka.
Mittaa tyhjän kahvikupin kalorimetrin paino 0,01 gramman tarkkuudella (tai niin lähelle kuin saat). Lisää nyt 50 ml kylmää vettä, aseta kansi takaisin ja punnitse kalorimetri uudelleen. Tyhjän ja täydellisen painon ero on kylmän veden paino. Merkitse tämä arvo muistiin (0,01 gramman tarkkuudella).
Punnitse dekantterilasi ja merkitse sen paino (0,01 gramman tarkkuudella). Lisää noin 50 ml vettä ja punnitse dekantterilasi uudelleen. Tyhjän ja täydellisen painon ero on kuuman veden paino. Merkitse tämä arvo muistiin (0,01 gramman tarkkuudella).
Kiinnitä dekantterilasi rengastelineellä ja kiinnittimellä siten, että se seisoo lankaverkon päällä bunsen-polttimen päällä. Lankaverkko estää liekin pääsyn suoraan kosketukseen lasin kanssa. Aseta toinen lämpömittareista dekantterilasiin ja kiinnitä se puristimella siten, että se ripustuu veteen, mutta ei kosketa dekantterilasin pohjaa.
Sytytä pullapoltin ja lämmitä kuuma vesi varovasti noin 80 asteeseen. On parempi lämmittää sitä hitaasti sen sijaan, että kuumennettaisiin liian nopeasti ja kiehuttaisi.
Aseta toinen lämpömittari kalorimetriin kannen läpi. Sekoita vettä kalorimetrin sisällä neljä minuuttia ja rekisteröi sen lämpötila minuutin välein 0,1 ° C: n tarkkuudella. Lämpötilan tulisi pysyä enemmän tai vähemmän vakiona; jos se ei ole, anna kylmän veden istua vielä vähintään kaksi minuuttia.
Sammuta Bunsen-poltin juuri ennen viidennen minuutin ajan, ellet ole vielä tehnyt niin, ja kirjoita kuuman ja kylmän veden lämpötila. Kaada kaikki kuuma vesi nopeasti ja varovasti kalorimetriin, aseta kansi takaisin paikoilleen ja jatka sekoittamista lämpömittarilla.
Mittaa ja rekisteröi lämpötila kalorimetrissä 30 sekunnin välein, kunnes yhteensä viisi minuuttia on kulunut.
Avaa Excel tai jokin muu taulukkolaskentaohjelma. Syötä aika X-arvoiksi ja lämpötilat y-arvoiksi ja piirrä tiedot. Käytä laskentataulukko-ohjelmaa löytääksesi tietoihin parhaiten sopivan rivin kuuman veden lisäämisen jälkeen. Älä sisällytä datapisteitä ennen kuin lisäät kuumaa vettä parhaiten sopivaan linjaasi. Trendiviivan tulee olla lineaarinen.
Kirjoita kaavio parhaiten sopivaksi. Liitä 5 minuuttia x: ään ja laske y (ekstrapoloitu lämpötila 5 minuutin kohdalla). Kutsumme tätä ekstrapoloiduksi lämpötilaksi Tf.
Vähennä Tf kuuman veden lämpötilasta juuri ennen sen lisäämistä kalorimetriin. Tämä antaa sinulle muutoksen kuuman veden lämpötilassa, Th. Kerro Th kerralla 4,184 ja kuuman veden massa saadaksesi selville kuinka paljon energiaa kuuma vesi menetti jouleina.
Vähennä kylmän veden lämpötila Tf: stä; tämä antaa sinulle Tc, kylmän veden lämpötilan muutoksen. Kerro kylmän veden massalla ja 4,184 kylmän veden saaman energiamäärän selvittämiseksi jouleina.
Vähennä kylmän veden tuottama energia kuuman veden menettämästä energiasta. Tämä antaa sinulle kalorimittarin saaman energiamäärän.
Jaa kalorimetrin saama energia Tc: llä (kylmän veden lämpötilan muutos). Tämä viimeinen vastaus on kalorimittarin vakio.
Tarvittavat asiat
- Kahvikupin kalorimetri
- 2 lämpömittaria
- Bunsen-poltin
- Vaaleampi
- Kuivaa 150 ml dekantterilasia
- Mittakaava
- Mittalasi
- Taulukkolaskentaohjelma, kuten Excel tai OpenOffice
- Vesi
- Rengasjalusta
- Puristin
- Lankaverkko
- Laskin
- Laboratoriotakkia
- Suojalasit
- Käsineet
Vinkkejä
Kalorimetrin vakio ei voi koskaan olla negatiivinen - jos se on, olet tehnyt virheen... Yritä suorittaa useita kokeita ja laskea keskiarvo näiden kokeiden tuloksista vähentääksesi virhettäsi. Lopullisen keskiarvosi epävarmuus on plus / miinus 2x keskihajonta.
Varoitukset
Ole AINA erittäin varovainen työskennellessäsi avotulella. Älä koskaan anna hiusten, vaatteiden tai syttyvien materiaalien tulla tulen lähelle. Sammuta poltin, kun sitä ei enää käytetä. Ole erittäin varovainen työskennellessäsi kuumalla vedellä; vesi 80 asteessa voi aiheuttaa ikäviä palovammoja tai palovammoja, jos vuodatat sen ihollesi.