Les calorimètres mesurent la chaleur d'une réaction chimique ou d'un changement physique comme la fonte de la glace en eau liquide. La chaleur de réaction est importante pour comprendre la thermodynamique des réactions chimiques et prédire quels types de réactions se produiront spontanément. Un calorimètre de base est très facile à construire - tout ce dont vous avez besoin est quelques tasses à café en polystyrène, un couvercle et un thermomètre. Avant d'utiliser votre calorimètre, cependant, vous devez le calibrer et déterminer sa constante calorimétrique. Pour trouver la constante calorimétrique de votre appareil, suivez les étapes décrites ci-dessous.
Mettez une blouse de laboratoire, des lunettes et des gants.
Assemblez le calorimètre de tasse de café en insérant une tasse de café en polystyrène dans l'autre et en fixant le couvercle. Cela peut sembler simple, mais s'il est correctement calibré, ce calorimètre à tasse à café peut être étonnamment utile pour trouver les chaleurs de réaction.
Mesurer environ 50 ml d'eau froide à l'aide de l'éprouvette graduée. Il n'est pas nécessaire d'être précis à ce stade.
Mesurez le poids de votre calorimètre de tasse de café vide à 0,01 gramme près (ou aussi près que possible). Maintenant, ajoutez les 50 ml d'eau froide, remettez le couvercle et pesez à nouveau le calorimètre. La différence entre les poids à vide et à plein est le poids de l'eau froide. Notez cette valeur (à 0,01 gramme près).
Peser le bécher et noter son poids (à 0,01 gramme près). Ajouter environ 50 ml d'eau et peser à nouveau le bécher. La différence entre les poids à vide et à plein est le poids de l'eau chaude. Notez cette valeur (à 0,01 gramme près).
À l'aide du support et de la pince, fixez le bécher de manière à ce qu'il repose sur le treillis de gaze métallique au-dessus du bec Bunsen. Le grillage en toile métallique empêche la flamme d'entrer en contact direct avec le verre. Positionner l'un des deux thermomètres dans le bécher et le fixer à l'aide d'une pince pour qu'il soit suspendu dans l'eau, mais ne touche pas le fond du bécher.
Allumez le bec Bunsen et faites chauffer doucement l'eau chaude à environ 80 degrés C. Il est préférable de le chauffer lentement plutôt que de le chauffer trop rapidement et de le porter à ébullition.
Insérez le deuxième thermomètre dans le calorimètre à travers le couvercle. Remuez l'eau à l'intérieur du calorimètre pendant quatre minutes et notez sa température à des intervalles d'une minute à 0,1 degré C près. La température doit rester plus ou moins constante; si ce n'est pas le cas, laissez l'eau froide reposer pendant au moins deux minutes de plus.
Juste avant la cinquième minute, éteignez le bec Bunsen si vous ne l'avez pas déjà fait, et notez la température de l'eau chaude et de l'eau froide. Verser rapidement et délicatement toute l'eau chaude dans le calorimètre, puis remettre le couvercle et reprendre l'agitation avec le thermomètre.
Mesurez et enregistrez la température dans le calorimètre à des intervalles de 30 secondes jusqu'à ce qu'un total de cinq minutes se soit écoulé.
Ouvrez Excel ou un autre tableur. Entrez le temps comme valeurs X et les températures comme valeurs y et tracez vos données. Utilisez le tableur pour trouver une ligne qui correspond le mieux aux données après avoir ajouté l'eau chaude. N'incluez pas les points de données d'avant d'ajouter l'eau chaude dans votre ligne de meilleur ajustement. La ligne de tendance doit être linéaire.
Écrivez la droite la mieux ajustée de votre graphique. Branchez 5 minutes pour x et calculez y (la température extrapolée à 5 minutes). Nous appellerons cette température extrapolée Tf.
Soustrayez Tf de la température de l'eau chaude juste avant de l'ajouter au calorimètre. Cela vous donnera le changement de la température de l'eau chaude, Th. Multipliez Th par 4,184 et la masse de l'eau chaude pour savoir combien d'énergie l'eau chaude a perdu en joules.
Soustraire la température de l'eau froide de Tf; cela vous donnera Tc, le changement de température de l'eau froide. Multipliez par la masse de l'eau froide et 4,184 pour trouver la quantité d'énergie gagnée par l'eau froide en joules.
Soustraire l'énergie gagnée par l'eau froide de l'énergie perdue par l'eau chaude. Cela vous donnera la quantité d'énergie gagnée par le calorimètre.
Divisez l'énergie gagnée par le calorimètre par Tc (le changement de température de l'eau froide). Cette réponse finale est la constante de votre calorimètre.
Choses dont vous aurez besoin
- Calorimètre à tasse de café
- 2 thermomètres
- bec Bunsen
- Briquet
- Bécher sec de 150 ml
- Escalader
- Cylindre gradué
- Un tableur comme Excel ou OpenOffice
- L'eau
- Porte-anneau
- Serrer
- Maille de gaze métallique
- Calculatrice
- Blouse de laboratoire
- Des lunettes de protection
- Des gants
Conseils
La constante du calorimètre ne peut jamais être négative - si c'est le cas, vous avez fait une erreur... Essayez d'effectuer plusieurs essais et de faire la moyenne des résultats de ces essais pour réduire votre erreur. L'incertitude de votre moyenne finale sera de plus/moins 2x l'écart type.
Mises en garde
Soyez TOUJOURS extrêmement prudent lorsque vous travaillez avec une flamme nue. Ne laissez jamais vos cheveux, vos vêtements ou tout autre matériau inflammable s'approcher du feu. Éteignez le brûleur lorsqu'il n'est plus utilisé. Soyez extrêmement prudent lorsque vous travaillez avec de l'eau chaude; l'eau à 80 degrés C peut causer de vilaines brûlures ou échaudures si vous la renversez sur votre peau.