A kémikusoknak gyakran tudniuk kell, hogy egy adott reakció mennyi hőenergiát bocsát ki vagy vesz fel. Ez a mérés segít jobban megérteni, hogy miért következik be a reakció, és hasznos előrejelzéseket tesz. A kaloriméterek olyan műszerek, amelyek mérik a reakció során a tartalom által felszabadult vagy elnyelt hő mennyiségét. Könnyű elkészíteni egy egyszerű kalorimétert, de a laboratóriumokban használt műszerek általában pontosabbak.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A kaloriméterek segítségével mérhető a reakció hőmennyisége. Fő korlátja a környezeti hőveszteség és az egyenetlen fűtés.
A kaloriméter funkciói
Alapvetően egy kaloriméter méri a kaloriméter és annak tartalmának hőmérsékletváltozását. A kaloriméter kalibrálása után a vegyésznek már lesz egy száma, amelyet kaloriméter konstansnak hívnak, amely megmutatja, hogy a hozzáadott hőmennyiségre vonatkozóan mennyit változik a kaloriméter hőmérséklete. Ezen információk és a reagensek tömegének felhasználásával a vegyész meghatározhatja, hogy mennyi hő szabadul fel vagy szívódik fel. Fontos, hogy a kaloriméter minimalizálja a külső hőveszteség mértékét, mivel a környező levegő gyors hővesztesége torzítja az eredményeket.
Különböző típusú kaloriméterek
Könnyű saját maga elkészíteni egy egyszerű kalorimétert. Szüksége van két hungarocell kávéscsészére, hőmérőre vagy fedélre. Ez a kávéscsésze kaloriméter meglepően megbízható, és így általános jellemzője az egyetemi kémiai laboratóriumoknak. A fizikai kémiai laboratóriumokban kifinomultabb eszközök vannak, mint például a "bomba kaloriméterek". Ezekben az eszközökben a reagensek egy lezárt kamrában vannak, amelyet bombának hívnak. Miután egy elektromos szikra meggyújtja őket, a hőmérsékletváltozás segít meghatározni az elveszett vagy megszerzett hőt.
Kaloriméter kalibrálása
A kaloriméter kalibrálásához olyan eljárást használhat, amely ismert hőmennyiséget továbbít, például mérheti néhány hideg és meleg víz hőmérsékletét. Keverhet például hideg és forró vizet a kávéscsésze kaloriméterében. Ezután méri a hőmérsékletet az idő múlásával, és lineáris regresszióval számítja ki a kaloriméter "végső hőmérsékletét" és annak tartalmát. A hideg víz által nyert hő levonásával a meleg víz által elveszített hőből a kaloriméter által nyert hő keletkezik. Ha elosztjuk ezt az értéket a kaloriméter hőmérséklet-változásával, megkapjuk a kaloriméter-állandóját, amelyet más kísérletekben is felhasználhat.
A kalorimetria korlátai
Egyik kaloriméter sem tökéletes, mert elveszítheti a környezetét. Bár a laboratóriumi bombakaloriméterek szigeteléssel rendelkeznek, hogy minimalizálják ezeket a veszteségeket, lehetetlen megállítani az összes hőveszteséget. Ezenkívül előfordulhat, hogy a kaloriméterben lévő reagensek nincsenek jól összekeverve, ami egyenetlen melegítéshez és egy másik lehetséges hibaforráshoz vezet a méréseiben.
A lehetséges hibaforrásokon kívül egy másik korlátozás magában foglalja azokat a reakciófajtákat, amelyeket tanulmányozhat. Érdemes lehet például tudni, hogy a TNT bomlása hogyan bocsátja ki a hőt. Ezt a fajta reakciót lehetetlen lenne megvizsgálni egy kávéscsésze kaloriméterrel, és még egy bomba kaloriméterben sem lehet célszerű. Alternatív megoldásként egy reakció nagyon lassan mehet végbe, például a vas oxidációja rozsdává válik. Ezt a fajta reakciót nagyon nehéz lenne kaloriméterrel tanulmányozni.
