A kaloriméter olyan eszköz, amely gondosan méri az izolált rendszer hőmérsékletét a reakció előtt és után is. A hőmérsékletváltozás megmondja, hogy a hőenergiát elnyelte vagy felszabadította-e, és mennyit. Ez fontos információkat ad a termékekről, a reagensekről és a reakció jellegéről.
Endoterm és exoterm reakciók
•••Jupiterimages / Pixland / Getty Images
Az endoterm folyamat elnyeli a hőt a környezetből, míg egy exoterm folyamat hőt juttat a környezetbe. A hő hozzáadásával a cukor és a só feloldódik a vízben. Ez a reakció endoterm: Reagensek + Energia → Termékek. A gyertyaláng kémiai reakciói hőt adnak le. Ezek exotermek: Reagensek → Termék + Energia.
Kalorimetriás kísérletek
A kalorimetriai kísérletek az előtte és utána mért hőmérséklet mérésével mérik a reakció során elért vagy elvesztett hőenergia mennyiségét. A hőmérsékletváltozás, az anyagok és berendezések tömegei, valamint egy másik tulajdonság, az úgynevezett hőkapacitás (amely az egyes komponenseknél eltérő lehet) kiszámítja a reakció során bekövetkezett hőenergia-változást. Ha a változás pozitív, akkor hőenergia szabadult fel, és a folyamat exoterm. Ha a változás negatív, akkor a hőenergia elnyelődött, és a folyamat endoterm.
A kaloriméterek típusai
A kaloriméter egy zárt, szigetelt tartály, amelyben a kémiai reakció elszigetelt környezetben zajlik. A kaloriméter tartalmaz egy módszert a hőmérséklet mérésére a reakció előtt és után. A kalorimétereknek két fő típusa van: állandó nyomású kaloriméterek és állandó térfogatú kaloriméterek. A fedéllel és hőmérővel ellátott hungarocell csésze az állandó állandó nyomású kalorimétert hasznos otthoni kísérletekhez. A reakció mindig légköri nyomáson zajlik. Az állandó térfogatú bomba kaloriméter bonyolultabb. A reakció egy vastag falú, lezárt edényben megy végbe, amelyet egy szigetelt vízfürdőbe merítenek.
Példák: Exoterm
•••Goodshoot / Goodshoot / Getty Images
Az élelmiszerek kalóriáit úgy lehet meghatározni, hogy egy bomba kaloriméterben égetjük el őket. A mérendő élelmiszer-mintát a belső kamrába helyezzük, amely oxigénnel van töltve, és amelynek fűtőeleme meggyújtja a mintát. Mivel az élelmiszereket energia megszerzésére használjuk, az égetésüknek energiát kell felszabadítania - ezek exotermek. Következésképpen a hőmérséklet később magasabb lesz, mint korábban. Az exoterm reakció másik példája az, ami egy pillanat alatt forró csomagolásban zajlik.
Példák: Endoterm
•••Thinkstock / Stockbyte / Getty Images
Sokan elvégezték azt a kísérletet, ahol a szódabikarbónát és az ecetet összekeverik, és izgalmas reakciót kapnak. Ez a reakció endoterm. Nem lenne nehéz ezt kipróbálni egy egyszerű otthoni kaloriméterrel. Az azonnali meleg csomagok ellentéte az azonnali hideg csomagok, amelyek gyakran megtalálhatók az elsősegély-készletekben és endoterm reakciókat alkalmaznak.
Fizikai vs. Kémiai folyamatok
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
A cikkben szereplő „reakció” szót valóban általánosabban kell gondolni. A fázisváltozások, például a víz fagyasztása vagy forralása, fizikai folyamatok, nem pedig kémiai reakciók. A fázisváltozások megvalósításához hozzáadni vagy eltávolítani kívánt hő fontos fizikai állandót ad nekünk, az átalakulás hőjét. Ennek méréséhez használhatunk kalorimétert.