כיצד ניתן לקבוע אם תגובה אנדותרמית או אקסותרמית בניסוי קלורימטרי?

קלורימטר הוא מכשיר המודד בקפידה את הטמפרטורה של מערכת מבודדת לפני ומתרחשת תגובה. השינוי בטמפרטורה אומר לנו אם אנרגיה תרמית נקלטה או שוחררה, וכמה. זה נותן לנו מידע חשוב אודות המוצרים, המגיבים ואופי התגובה.

•••Jupiterimages / Pixland / Getty Images

תהליך אנדותרמי קולט חום מהסביבה, ואילו תהליך אקסותרמי משחרר חום לסביבה. הוספת חום עוזרת להתמוססות של סוכר ומלח במים. תגובה זו אנדותרמית: מגיבים + אנרגיה → מוצרים. התגובות הכימיות בלהבת הנר פולטות חום. אלה הם אקסותרמיים: מגיבים → מוצר + אנרגיה.

ניסויים בקלורימטריה מודדים את כמות האנרגיה התרמית שנצברה או אבדה במהלך תגובה על ידי מדידת הטמפרטורה לפני ואחרי. בהתבסס על שינוי הטמפרטורה, המוני החומרים והציוד, ומאפיין אחר שנקרא קיבולת חום (אשר עשוי להיות שונה עבור כל רכיב), אחד מחשב את השינוי באנרגיה התרמית שהתרחש במהלך התגובה. אם השינוי חיובי, אז שוחררה אנרגיה תרמית והתהליך הוא אקסותרמי. אם השינוי הוא שלילי, אז אנרגיה תרמית נקלטה והתהליך הוא אנדותרמי.

קלורימטר הוא מיכל סגור ומבודד בו התגובה הכימית מתנהלת בסביבה מבודדת. הקלורימטר כולל גם דרך למדוד את הטמפרטורה לפני התגובה ולאחריה. ישנם שני סוגים עיקריים של קלורימטרים: קלורימטרי לחץ קבועים וקלורימטרי נפח קבועים. כוס קלקר עם מכסה ומד חום הופכת את הקלורימטר הבסיסי ללחץ קבוע שימושי לניסויים ביתיים. התגובה היא תמיד בלחץ אטמוספרי. מד קלוריות נפח קבוע מורכב יותר. התגובה מתרחשת במיכל אטום עם קירות עבים שקוע באמבט מים מבודד.

•••Goodshoot / Goodshoot / Getty Images

ניתן לקבוע את הקלוריות במזונות על ידי שריפתם בקלורימטר פצצה. דגימת המזון שתמדוד ממוקמת בתא הפנימי, אשר מלא בחמצן ובו גוף חימום שידליק את הדגימה. מכיוון שאנו משתמשים במזונות כדי להשיג אנרגיה, תהליך שריפתם חייב לשחרר אנרגיה - הם אקסותרמיים. כתוצאה מכך, הטמפרטורה תהיה גבוהה יותר לאחר מכן מבעבר. דוגמה נוספת לתגובה אקסותרמית היא המתרחש בחבילה חמה מיידית.

•••Thinkstock / Stockbyte / Getty Images

אנשים רבים ביצעו את הניסוי שבו אתה מערבב סודה לשתיה וחומץ יחד ומקבלים תגובה מרגשת. תגובה זו היא אנדותרמית. לא יהיה קשה לבדוק זאת בקלורימטר ביתי פשוט. ההפך מחבילות חמות מיידיות הם חבילות קרה מיידיות, הנמצאות לרוב בערכות עזרה ראשונה ומשתמשות בתגובות אנדותרמיות.

•••קומסטוק / Stockbyte / Getty Images

באמת צריך לחשוב על המילה "תגובה" במאמר זה באופן כללי יותר. שינויים בשלביים, כמו הקפאת מים או רתיחה, הם תהליכים פיזיקליים, ולא תגובות כימיות. החום הדרוש להוספה או להסרה בכדי לגרום לשינויים בשלב אלה להעניק לנו קבוע פיזי חשוב הנקרא חום הטרנספורמציה. אפשר להשתמש בקלורימטר כדי למדוד זאת.