Un calorimetro è un dispositivo che misura accuratamente la temperatura di un sistema isolato sia prima che dopo una reazione. La variazione di temperatura ci dice se l'energia termica è stata assorbita o rilasciata, e quanta. Questo ci fornisce importanti informazioni sui prodotti, sui reagenti e sulla natura della reazione.
Reazioni endotermiche ed esotermiche
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Un processo endotermico assorbe calore dall'ambiente circostante, mentre un processo esotermico rilascia calore nell'ambiente circostante. L'aggiunta di calore aiuta lo zucchero e il sale a dissolversi nell'acqua. Quella reazione è endotermica: Reagenti + Energia → Prodotti. Le reazioni chimiche nella fiamma di una candela emettono calore. Questi sono esotermici: Reagenti → Prodotto + Energia.
Esperimenti di calorimetria
Gli esperimenti di calorimetria misurano la quantità di energia termica acquisita o persa durante una reazione misurando la temperatura prima e dopo. In base alla variazione di temperatura, le masse delle sostanze e delle apparecchiature e un'altra proprietà chiamata
capacità termica (che può essere diverso per ogni componente), si calcola la variazione di energia termica avvenuta durante la reazione. Se il cambiamento è positivo, l'energia termica è stata rilasciata e il processo è esotermico. Se la variazione è negativa, l'energia termica è stata assorbita e il processo è endotermico.Tipi di calorimetri
Un calorimetro è un contenitore chiuso e isolato in cui la reazione chimica procede in un ambiente isolato. Il calorimetro include anche un modo per misurare la temperatura prima e dopo la reazione. Esistono due tipi principali di calorimetri: calorimetri a pressione costante e calorimetri a volume costante. Una tazza di polistirolo con coperchio e termometro rende un calorimetro a pressione costante di base utile per gli esperimenti domestici. La reazione è sempre a pressione atmosferica. Un calorimetro a bomba a volume costante è più complicato. La reazione avviene in un contenitore sigillato a pareti spesse che viene immerso in un bagno d'acqua isolato.
Esempi: Esotermico
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Le calorie negli alimenti possono essere determinate bruciandole in una bomba calorimetrica. Il campione alimentare da misurare viene posto nella camera interna, che è riempita di ossigeno e ha un elemento riscaldante che accenderà il campione. Poiché usiamo gli alimenti per ottenere energia, il processo di bruciarli deve rilasciare energia: sono esotermici. Di conseguenza, la temperatura sarà più alta in seguito rispetto a prima. Un altro esempio di reazione esotermica è ciò che avviene in un impacco caldo istantaneo.
Esempi: endotermico
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Molte persone hanno eseguito l'esperimento in cui mescoli insieme bicarbonato di sodio e aceto e ottieni una reazione eccitante. Questa reazione è endotermica. Non sarebbe difficile testarlo in un semplice calorimetro domestico. L'opposto degli impacchi caldi istantanei sono gli impacchi freddi istantanei, che si trovano spesso nei kit di pronto soccorso e utilizzano reazioni endotermiche.
Fisico vs. Processi chimici
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La parola "reazione" in questo articolo dovrebbe davvero essere pensata più in generale. I cambiamenti di fase, come il congelamento o l'ebollizione dell'acqua, sono processi fisici, non reazioni chimiche. Il calore necessario da aggiungere o rimuovere per far accadere questi cambiamenti di fase ci fornisce un'importante costante fisica chiamata calore di trasformazione. Si può usare un calorimetro per misurarlo.