A kaloriméterek kémiai reakció vagy olyan fizikai változás hőjét mérik, mint a jég folyékony vízzé olvadása. A reakcióhő fontos a kémiai reakciók termodinamikájának megértéséhez és annak megjóslásához, hogy milyen típusú reakciók történnek spontán módon. Az alapvető kaloriméter elkészítése nagyon egyszerű - mindössze néhány hungarocell kávéscsészére, fedélre és hőmérőre van szüksége. A kaloriméter használata előtt azonban kalibrálnia kell, és meg kell határoznia a kaloriméter állandóját. A készülék kaloriméter-állandójának megtalálásához kövesse az alábbiakban ismertetett lépéseket.
Vegyen fel laborköpenyt, védőszemüveget és kesztyűt.
Szerelje össze a kávéscsésze kaloriméterét úgy, hogy az egyik hungarocell kávéscsészét behelyezi a másikba, és rögzíti a fedelet. Lehet, hogy egyszerűnek tűnik, de ha megfelelően kalibrálják, akkor ez a kávéscsésze kaloriméter meglepően hasznos lehet a reakcióhatások megtalálásához.
Mérjen ki kb. 50 ml hideg vizet a mérőhenger segítségével. Ebben a szakaszban nem kell pontosnak lenni.
Mérje meg az üres kávéscsésze kaloriméter súlyát 0,01 gramm pontossággal (vagy a lehető legközelebb). Most adjon hozzá 50 ml hideg vizet, tegye vissza a fedelet és mérje meg újra a kalorimétert. Az üres és a teljes tömeg közötti különbség a hideg víz súlya. Jegyezze fel ezt az értéket (0,01 gramm pontossággal).
Mérjük meg a főzőpoharat, és rögzítsük súlyát (0,01 gramm pontossággal). Hozzáadunk kb. 50 ml vizet, és lemérjük a főzőpoharat. Az üres és a teljes tömeg közötti különbség a forró víz súlya. Jegyezze fel ezt az értéket (0,01 gramm pontossággal).
A gyűrűtartóval és a bilincs segítségével rögzítse a főzőpoharat úgy, hogy az a gézháló tetején álljon a bunsen égő felett. A drót gézháló megakadályozza a láng közvetlen érintkezését az üveggel. Helyezze a két hőmérő egyikét a főzőpohárba, és rögzítse egy bilincs segítségével úgy, hogy a vízben szuszpendáljon, de ne érjen a főzőpohár aljához.
Gyújtsa meg a bunsen égőt, és óvatosan melegítse fel a forró vizet körülbelül 80 ° C-ra. Jobb lassan melegíteni, mint túl gyorsan melegíteni és felforralni.
Helyezze a második hőmérőt a kaloriméterbe a fedélen keresztül. Négy percig keverje a vizet a kaloriméter belsejében, és hőmérsékletét egyperces időközönként 0,1 ° C pontossággal rögzítse. A hőmérsékletnek többé-kevésbé állandónak kell maradnia; ha nem, akkor hagyja a hideg vizet még legalább két percig ülni.
Közvetlenül az ötödik perc előtt kapcsolja ki a Bunsen égőt, ha még nem tette meg, és jegyezze fel a forró és a hideg víz hőmérsékletét. Gyorsan és óvatosan öntse az összes forró vizet a kaloriméterbe, majd tegye vissza a fedelet, és folytassa a keverést a hőmérővel.
Mérje meg és rögzítse a hőmérsékletet a kaloriméterben 30 másodperces időközönként, amíg összesen öt perc nem telik el.
Nyissa meg az Excel programot vagy egy másik táblázatkezelő programot. Adja meg az időt X-értékként, a hőmérsékletet pedig y-értékként, és ábrázolja az adatokat. A táblázatkezelő program segítségével keresse meg az adatoknak leginkább megfelelő sort a forró víz hozzáadása után. Ne vegye fel a forró víz hozzáadása előtti adatpontokat a legjobban illeszkedő vonalba. A trendvonalnak lineárisnak kell lennie.
Írja le a legjobban illeszkedő sort a grafikonjából. Csatlakoztassa 5 percig x-hez, és számítsa ki y-t (az extrapolált hőmérséklet 5 percnél). Ezt extrapolált hőmérsékletnek hívjuk Tf-nek.
Vegyük le a Tf-t a forró víz hőmérsékletéből, mielőtt hozzáadnánk a kaloriméterhez. Ez megadja a forró víz hőmérsékletének változását, Th. Szorozzuk meg Th-t 4,184-gyel és a forró víz tömegével, hogy megtudjuk, mennyi energiát vesztett a forró víz joule-ban.
Vegyük le a hideg víz hőmérsékletét a Tf-ből; ez megadja Tc-t, a hideg víz hőmérséklet-változását. Szorozzuk meg a hideg víz tömegével és 4,184-gyel, hogy megtaláljuk a joule-ban a hideg víz által nyert energiamennyiséget.
Vonja le a hideg víz által nyert energiát a forró víz által elveszített energiából. Ez megadja a kaloriméter által nyert energiamennyiséget.
Ossza el a kaloriméter által nyert energiát Tc-vel (a hideg víz hőmérséklet-változásával). Ez a végső válasz a kaloriméter állandó.
Amire szükséged lesz
- Kávéscsésze kaloriméter
- 2 hőmérő
- Bunsen-égő
- Öngyújtó
- Szárítson 150 ml-es főzőpoharat
- Skála
- Mérőhengerrel
- Táblázatkezelő program, például Excel vagy OpenOffice
- Víz
- Ringstand
- Kapocs
- Huzal géz háló
- Számológép
- Laborköpenyt
- Védőszemüveg
- Kesztyű
Tippek
A kaloriméter állandó soha nem lehet negatív - ha mégis, akkor hibát követett el... A hiba csökkentése érdekében próbáljon meg több próbát elvégezni, és átlagolni a próbák eredményeit. A végső átlag bizonytalansága plusz / mínusz kétszerese lesz a szórásnak.
Figyelmeztetések
MINDIG legyen rendkívül óvatos, ha nyílt lánggal dolgozik. Soha ne engedje, hogy haja, ruházata vagy bármilyen gyúlékony anyag a tűz közelébe kerüljön. Oltsa el az égőt, amikor már nem használja. Legyen rendkívül óvatos, ha forró vízzel dolgozik; a 80 ° C-os víz csúnya égési sérüléseket vagy forrázásokat okozhat, ha a bőrére önti.