Kalorimetri mjere toplinu kemijske reakcije ili fizičke promjene poput otapanja leda u tekućoj vodi. Toplina reakcije važna je za razumijevanje termodinamike kemijskih reakcija i predviđanje kakve će se reakcije spontano odvijati. Osnovni kalorimetar vrlo je jednostavno konstruirati - sve što trebate je nekoliko šalica kave od stiropora, poklopac i termometar. Prije nego što upotrijebite svoj kalorimetar, morate ga kalibrirati i odrediti njegovu konstantu kalorimetra. Da biste pronašli konstantu kalorimetra za svoj uređaj, slijedite korake opisane u nastavku.
Obucite laboratorijski kaput, naočale i rukavice.
Sastavite kalorimetar šalice za kavu umetanjem jedne šalice za kavu od stiropora u drugu i pričvršćivanjem poklopca. Možda se čini jednostavnim, ali ako je pravilno kalibriran, ovaj kalorimetar u šalici za kavu može biti iznenađujuće koristan za pronalaženje vrućina reakcije.
Izmjerite otprilike 50 ml hladne vode pomoću stupnjevanog cilindra. U ovoj fazi ne treba biti precizan.
Izmjerite težinu praznog kalorimetra šalice za kavu na najbližih 0,01 grama (ili što bliže možete). Sada dodajte 50 ml hladne vode, vratite poklopac i ponovno izmjerite kalorimetar. Razlika između praznog i punog utega je težina hladne vode. Zabilježite ovu vrijednost (s najbližom 0,01 grama).
Izvažite čašu i zabilježite njezinu težinu (s najbližom 0,01 grama). Dodajte približno 50 ml vode i ponovno izvažite čašu. Razlika između praznog i punog utega je težina tople vode. Zabilježite ovu vrijednost (s najbližom 0,01 grama).
Pomoću nosača prstena i stezaljke učvrstite čašu tako da stoji na vrhu žičane mrežice od gaze iznad bunsenskog plamenika. Žičana mrežica od gaze sprječava plamen u izravnom kontaktu sa staklom. Postavite jedan od dva termometra u čašu i učvrstite je pomoću stezaljke tako da se objesi u vodu, ali da ne dodiruje dno čaše.
Upalite bunsen plamenik i lagano zagrijte vruću vodu na oko 80 stupnjeva C. Bolje ga je zagrijavati polako, umjesto da ga prebrzo zagrijavate i pustite da zavrije.
Umetnite drugi termometar u kalorimetar kroz poklopac. Miješajte vodu unutar kalorimetra četiri minute i bilježite njezinu temperaturu u intervalima od jedne minute na najbližih 0,1 stupnja C. Temperatura bi trebala ostati manje-više konstantna; ako nije, pustite da hladna voda odstoji još najmanje dvije minute.
Neposredno prije pete minute isključite Bunsenov plamenik ako to već niste učinili i zabilježite temperaturu tople i hladne vode. Brzo i pažljivo ulijte svu vruću vodu u kalorimetar, a zatim vratite poklopac i nastavite s miješanjem termometrom.
Izmjerite i zabilježite temperaturu u kalorimetru u intervalima od 30 sekundi dok ne prođe ukupno pet minuta.
Otvorite Excel ili drugi program za proračunske tablice. Unesite vrijeme kao X-vrijednosti, a temperature kao y-vrijednosti i grafički prikažite svoje podatke. Upotrijebite program za proračunske tablice kako biste pronašli liniju koja najbolje odgovara podacima nakon dodavanja tople vode. Ne uvrštavajte podatke od prije dodavanja tople vode u svoju liniju koja najbolje odgovara. Linija trenda trebala bi biti linearna.
Zapišite liniju koja najbolje odgovara vašem grafikonu. Priključite 5 minuta na x i izračunajte y (ekstrapolirana temperatura na 5 minuta). Ovu ćemo ekstrapoliranu temperaturu nazvati Tf.
Oduzmite Tf od temperature vruće vode neposredno prije nego što ste je dodali u kalorimetar. To će vam dati promjenu temperature tople vode, Th. Pomnožite Th s 4,184 i masu tople vode da biste saznali koliko energije je vruća voda izgubila u džulima.
Oduzmimo temperaturu hladne vode od Tf; ovo će vam dati Tc, promjenu temperature hladne vode. Pomnožite s masom hladne vode i 4,184 da biste pronašli količinu energije koju je hladna voda stekla u džulima.
Oduzmi energiju stečenu hladnom vodom od energije koju je izgubila vruća voda. To će vam dati količinu energije koju je stekao kalorimetar.
Energiju stečenu kalorimetrom podijelite s Tc (promjena temperature hladne vode). Ovaj konačni odgovor je vaša konstanta kalorimetra.
Stvari koje ćete trebati
- Kalorimetar šalice za kavu
- 2 termometra
- Bunsen plamenik
- Upaljač
- Osušite čašu od 150 ml
- Skala
- Diplomirani cilindar
- Program za proračunske tablice poput Excel-a ili OpenOffice-a
- Voda
- Ringstand
- Stezaljka
- Žičana mreža od gaze
- Kalkulator
- Laboratorijska kuta
- Zaštitne naočale
- Rukavice
Savjeti
Konstanta kalorimetra nikada ne može biti negativna - ako jest, pogriješili ste... Pokušajte izvesti više pokusa i usredsrediti rezultate tih pokusa kako biste smanjili svoju pogrešku. Nesigurnost u vašem konačnom prosjeku bit će plus / minus 2x standardne devijacije.
Upozorenja
UVIJEK budite izuzetno oprezni pri radu s otvorenim plamenom. Nikada ne dopustite da se vaša kosa, odjeća ili bilo koji zapaljivi materijali približe vatri. Ugasite plamenik kad više nije u upotrebi. Budite izuzetno oprezni pri radu s vrućom vodom; voda na 80 stupnjeva C može prouzročiti gadne opekline ili opekotine ako je prolijete po koži.