I calorimetri misurano il calore di una reazione chimica o un cambiamento fisico come il ghiaccio che si scioglie in acqua liquida. Il calore di reazione è importante per comprendere la termodinamica delle reazioni chimiche e prevedere quali tipi di reazioni avranno luogo spontaneamente. Un calorimetro di base è molto facile da costruire: tutto ciò di cui hai bisogno è un paio di tazze da caffè in polistirolo, un coperchio e un termometro. Prima di utilizzare il calorimetro, però, è necessario calibrarlo e determinarne la costante calorimetrica. Per trovare la costante calorimetrica per il tuo dispositivo, segui i passaggi descritti di seguito.
Indossa camice, occhiali e guanti.
Assemblare il calorimetro della tazza di caffè inserendo una tazza di caffè in polistirolo nell'altra e fissando il coperchio. Può sembrare semplice, ma se opportunamente calibrato, questo calorimetro a tazzina può essere sorprendentemente utile per trovare i calori di reazione.
Dosare circa 50 ml di acqua fredda utilizzando il cilindro graduato. Non c'è bisogno di essere precisi in questa fase.
Misura il peso del calorimetro della tua tazza di caffè vuota con l'approssimazione di 0,01 grammi (o il più vicino possibile). Ora aggiungi i 50 ml di acqua fredda, rimetti il coperchio e pesa nuovamente il calorimetro. La differenza tra i pesi vuoto e pieno è il peso dell'acqua fredda. Registra questo valore (con l'approssimazione di 0,01 grammi).
Pesare il becher e registrarne il peso (con l'approssimazione di 0,01 grammi). Aggiungere circa 50 ml di acqua e pesare nuovamente il becher. La differenza tra i pesi vuoto e pieno è il peso dell'acqua calda. Registra questo valore (con l'approssimazione di 0,01 grammi).
Usando il supporto ad anello e il morsetto, fissa il becher in modo che si trovi sopra la rete di garza metallica sopra il becco Bunsen. La rete metallica impedisce alla fiamma di entrare in contatto diretto con il vetro. Posizionare uno dei due termometri nel bicchiere e fissarlo con una fascetta in modo che sia sospeso nell'acqua, ma non tocchi il fondo del bicchiere.
Accendi il becco Bunsen e scalda delicatamente l'acqua calda a circa 80 gradi C. È meglio scaldarlo lentamente piuttosto che scaldarlo troppo velocemente e portarlo a bollore.
Inserire il secondo termometro nel calorimetro attraverso il coperchio. Mescola l'acqua all'interno del calorimetro per quattro minuti e registra la sua temperatura a intervalli di un minuto con l'approssimazione di 0,1 gradi C. La temperatura dovrebbe rimanere più o meno costante; in caso contrario, lasciare riposare l'acqua fredda per almeno altri due minuti.
Poco prima del quinto minuto, se non l'hai già fatto, spegni il becco Bunsen e registra la temperatura dell'acqua calda e dell'acqua fredda. Versate velocemente e con attenzione tutta l'acqua calda nel calorimetro, poi rimettete il coperchio e riprendete a mescolare con il termometro.
Misurare e registrare la temperatura nel calorimetro a intervalli di 30 secondi fino a quando non sono trascorsi un totale di cinque minuti.
Apri Excel o un altro programma per fogli di calcolo. Immettere l'ora come valori X e le temperature come valori y e rappresentare graficamente i dati. Utilizzare il programma per fogli di calcolo per trovare una riga più adatta ai dati dopo aver aggiunto l'acqua calda. Non includere i punti dati prima di aggiungere l'acqua calda nella linea di migliore adattamento. La linea di tendenza dovrebbe essere lineare.
Annota la linea che meglio si adatta al tuo grafico. Inserisci 5 minuti per x e calcola y (la temperatura estrapolata a 5 minuti). Chiameremo questa temperatura estrapolata Tf.
Sottrai Tf dalla temperatura dell'acqua calda appena prima di aggiungerla al calorimetro. Questo ti darà la variazione della temperatura dell'acqua calda, Th. Moltiplica Th per 4.184 e la massa dell'acqua calda per scoprire quanta energia ha perso l'acqua calda in joule.
Sottrarre la temperatura dell'acqua fredda da Tf; questo ti darà Tc, la variazione di temperatura dell'acqua fredda. Moltiplica per la massa dell'acqua fredda e 4.184 per trovare la quantità di energia guadagnata dall'acqua fredda in joule.
Sottrarre l'energia guadagnata dall'acqua fredda dall'energia persa dall'acqua calda. Questo ti darà la quantità di energia guadagnata dal calorimetro.
Dividere l'energia guadagnata dal calorimetro per Tc (la variazione di temperatura dell'acqua fredda). Questa risposta finale è la tua costante calorimetrica.
Cose di cui avrai bisogno
- Calorimetro in tazza da caffè
- 2 termometri
- becco Bunsen
- Accendino
- Becher secco da 150 ml
- Scala
- Cilindro graduato
- Programma per fogli di calcolo come Excel o OpenOffice
- acqua
- Supporto ad anello
- Morsetto
- Rete di garza metallica
- Calcolatrice
- Camice da laboratorio
- Occhiali
- Guanti
Suggerimenti
La costante del calorimetro non può mai essere negativa: se lo è, hai commesso un errore... Prova a eseguire più prove e a fare la media dei risultati di tali prove per ridurre l'errore. L'incertezza nella tua media finale sarà più/meno 2 volte la deviazione standard.
Avvertenze
Prestare SEMPRE la massima attenzione quando si lavora con fiamme libere. Non permettere mai che i tuoi capelli, vestiti o qualsiasi materiale infiammabile si avvicini al fuoco. Spegnere il bruciatore quando non è più in uso. Prestare la massima attenzione quando si lavora con acqua calda; l'acqua a 80 gradi C può causare brutte ustioni o scottature se la si versa sulla pelle.