Kako se u kalorimetrijskom eksperimentu utvrđuje je li reakcija endotermna ili egzotermna?

Kalorimetar je uređaj koji pažljivo mjeri temperaturu izoliranog sustava i prije i nakon reakcije. Promjena temperature govori nam je li toplinska energija apsorbirana ili oslobođena i koliko. To nam daje važne informacije o proizvodima, reaktantima i prirodi reakcije.

•••Jupiterimages / Pixland / Getty Images

Endotermni proces apsorbira toplinu iz okoline, dok egzotermni proces oslobađa toplinu u okolinu. Dodavanje topline pomaže otapanju šećera i soli u vodi. Ta je reakcija endotermna: reaktanti + energija → proizvodi. Kemijske reakcije u plamenu svijeće odaju toplinu. To su egzotermni sastojci: Reagensi → Proizvod + Energija.

Kalorimetrijski eksperimenti mjere količinu toplinske energije stečene ili izgubljene tijekom reakcije mjerenjem temperature prije i poslije. Na temelju promjene temperature, mase tvari i opreme i drugog svojstva zvanog toplinski kapacitet (koja se može razlikovati za svaku komponentu), izračunava se promjena toplinske energije koja se dogodila tijekom reakcije. Ako je promjena pozitivna, tada je oslobođena toplinska energija, a postupak je egzotermičan. Ako je promjena negativna, tada je apsorbirana toplinska energija, a postupak je endoterman.

Kalorimetar je zatvoreni, izolirani spremnik u kojem se kemijska reakcija odvija u izoliranom okruženju. Kalorimetar također uključuje način mjerenja temperature prije i nakon reakcije. Dvije su glavne vrste kalorimetra: kalorimetri s konstantnim tlakom i kalorimetri s konstantnim volumenom. Šalica od stiropora s poklopcem i termometrom čini osnovni kalorimetar s konstantnim tlakom koristan za kućne eksperimente. Reakcija je uvijek pri atmosferskom tlaku. Kalorimetar bombe s konstantnim volumenom je složeniji. Reakcija se odvija u zatvorenoj posudi s debelim stijenkama koja je uronjena u izoliranu vodenu kupelj.

•••Goodshoot / Goodshoot / Getty Images

Kalorije u hrani mogu se odrediti njihovim sagorijevanjem u kalorimetru bombe. Uzorak hrane koji se mjeri stavlja se u unutarnju komoru koja je napunjena kisikom i ima grijaći element koji će zapaliti uzorak. Budući da hranu koristimo za dobivanje energije, proces njihova sagorijevanja mora oslobađati energiju - ona je egzotermna. Posljedično, temperatura će poslije biti viša nego prije. Sljedeći je primjer egzotermne reakcije ono što se odvija u trenutnom vrelom.

•••Thinkstock / Stockbyte / Getty Images

Mnogi su ljudi izveli eksperiment u kojem pomiješate sodu bikarbonu i ocat i dobijete uzbudljivu reakciju. Ova reakcija je endotermna. Ne bi bilo teško ovo testirati na jednostavnom kućnom kalorimetru. Suprotno od instant vrućih pakiranja su instant hladna pakiranja koja se često nalaze u kompletu za prvu pomoć i koriste endotermne reakcije.

•••Comstock / Stockbyte / Getty Images

Riječ "reakcija" u ovom članku doista treba razmišljati općenitije. Fazne promjene, poput smrzavanja ili ključanja vode, fizički su procesi, a ne kemijske reakcije. Toplina koju je trebalo dodati ili ukloniti da bi se dogodile ove fazne promjene daju nam važnu fizičku konstantu koja se naziva toplina transformacije. Za mjerenje se može koristiti kalorimetar.