कैलोरीमीटर क्या है और इसकी सीमाएं क्या हैं?

रसायनज्ञों को अक्सर यह जानने की आवश्यकता होती है कि एक विशेष प्रतिक्रिया कितनी ऊष्मा ऊर्जा छोड़ती है या अवशोषित करती है। यह माप उन्हें इस बारे में अधिक समझने में मदद करता है कि प्रतिक्रिया क्यों होती है और उन्हें उपयोगी भविष्यवाणियां करने में मदद मिलती है। कैलोरीमीटर ऐसे उपकरण हैं जो प्रतिक्रिया के दौरान सामग्री द्वारा जारी या अवशोषित गर्मी की मात्रा को मापते हैं। साधारण कैलोरीमीटर बनाना आसान है, लेकिन प्रयोगशालाओं में उपयोग किए जाने वाले उपकरण आमतौर पर अधिक सटीक होते हैं।

टीएल; डीआर (बहुत लंबा; पढ़ा नहीं)

कैलोरीमीटर आपको एक प्रतिक्रिया में गर्मी की मात्रा को मापने देता है। उनकी मुख्य सीमाएं पर्यावरण के लिए गर्मी खो रही हैं और असमान ताप हैं।

मूल रूप से, एक कैलोरीमीटर कैलोरीमीटर और उसकी सामग्री के तापमान में परिवर्तन को मापता है। कैलोरीमीटर अंशांकन के बाद, रसायनज्ञ के पास पहले से ही कैलोरीमीटर स्थिरांक नामक एक संख्या होगी, जो यह दर्शाता है कि कैलोरीमीटर का तापमान जोड़ा गया ऊष्मा की मात्रा के अनुसार कितना बदलता है। इस जानकारी और अभिकारकों के द्रव्यमान का उपयोग करके, रसायनज्ञ यह निर्धारित कर सकता है कि कितनी गर्मी निकलती है या अवशोषित होती है। यह महत्वपूर्ण है कि कैलोरीमीटर बाहर से गर्मी के नुकसान की दर को कम करता है, क्योंकि आसपास की हवा में तेजी से गर्मी का नुकसान परिणामों को कम कर देगा।

एक साधारण कैलोरीमीटर स्वयं बनाना आसान है। आपको दो स्टायरोफोम कॉफी कप, एक थर्मामीटर या ढक्कन चाहिए। यह कॉफी-कप कैलोरीमीटर आश्चर्यजनक रूप से विश्वसनीय है और इस प्रकार स्नातक रसायन विज्ञान प्रयोगशालाओं की एक सामान्य विशेषता है। भौतिक रसायन विज्ञान प्रयोगशालाओं में "बम कैलोरीमीटर" जैसे अधिक परिष्कृत उपकरण हैं। इन उपकरणों में, अभिकारक एक सीलबंद कक्ष में होते हैं जिसे बम कहा जाता है। एक विद्युत चिंगारी के प्रज्वलित होने के बाद, तापमान में परिवर्तन से खोई या प्राप्त गर्मी को निर्धारित करने में मदद मिलती है।

एक कैलोरीमीटर को कैलिब्रेट करने के लिए, आप एक ऐसी प्रक्रिया का उपयोग कर सकते हैं जो एक ज्ञात मात्रा में ऊष्मा को स्थानांतरित करती है जैसे कि कुछ गर्म और ठंडे पानी का तापमान मापना। उदाहरण के लिए, आप अपने कॉफी-कप कैलोरीमीटर में ठंडा और गर्म पानी मिला सकते हैं। इसके बाद, आप समय के साथ तापमान को मापते हैं और कैलोरीमीटर और इसकी सामग्री के "अंतिम तापमान" की गणना करने के लिए रैखिक प्रतिगमन का उपयोग करते हैं। ठंडे पानी द्वारा प्राप्त गर्मी को गर्म पानी से खोई हुई गर्मी से घटाने पर कैलोरीमीटर द्वारा प्राप्त गर्मी प्राप्त होती है। इस आंकड़े को कैलोरीमीटर के तापमान परिवर्तन से विभाजित करने पर इसका कैलोरीमीटर स्थिरांक प्राप्त होता है, जिसे आप अन्य प्रयोगों में उपयोग कर सकते हैं।

कोई कैलोरीमीटर सही नहीं है क्योंकि यह अपने परिवेश से गर्मी खो सकता है। हालांकि प्रयोगशालाओं में बम कैलोरीमीटर में इन नुकसानों को कम करने के लिए इन्सुलेशन होता है, लेकिन सभी गर्मी के नुकसान को रोकना असंभव है। इसके अलावा, कैलोरीमीटर में अभिकारक अच्छी तरह मिश्रित नहीं हो सकते हैं, जिससे असमान तापन होता है और आपके माप में त्रुटि का एक अन्य संभावित स्रोत होता है।

त्रुटि के संभावित स्रोतों के अलावा, एक अन्य सीमा में उन प्रतिक्रियाओं के प्रकार शामिल हैं जिनका आप अध्ययन कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, आप जानना चाह सकते हैं कि टीएनटी के अपघटन से ऊष्मा कैसे निकलती है। कॉफी-कप कैलोरीमीटर में इस तरह की प्रतिक्रिया का अध्ययन करना असंभव होगा और बम कैलोरीमीटर में भी व्यावहारिक नहीं हो सकता है। वैकल्पिक रूप से, प्रतिक्रिया बहुत धीमी गति से हो सकती है जैसे कि जंग बनाने के लिए लोहे का ऑक्सीकरण। इस प्रकार की अभिक्रिया का कैलोरीमीटर से अध्ययन करना बहुत कठिन होगा।