מהו קלורימטר ומה מגבלותיו?

כימאים צריכים לעתים קרובות לדעת כמה אנרגיית חום תגובה מסוימת משחררת או סופגת. מדידה זו עוזרת להם להבין יותר מדוע התגובה מתרחשת ועוזרת להם לחזות שימושית. קלורימטרים הם מכשירים המודדים את כמות החום המשתחרר או נספג בתוכן במהלך תגובה. קל להכין קלורימטר פשוט, אך המכשירים המשמשים במעבדות הם בדרך כלל מדויקים יותר.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

קלורימטרים מאפשרים לך למדוד את כמות החום בתגובה. המגבלות העיקריות שלהם הן אובדן חום לאיכות הסביבה וחימום לא אחיד.

ביסודו, מד קלורי מודד את שינוי הטמפרטורה של הקלורימטר ותוכנו. לאחר כיול הקלורימטר, לכימאי כבר יהיה מספר הנקרא קבוע הקלורימטר, המראה עד כמה משתנה טמפרטורת הקלורימטר לכל כמות החום שנוספה. באמצעות מידע זה ובמסה של המגיבים, הכימאי יכול לקבוע כמה חום משתחרר או נספג. חשוב כי הקלורימטר ימזער את קצב אובדן החום כלפי חוץ, מכיוון שאיבוד חום מהיר לאוויר שמסביב יטה את התוצאות.

קל להכין קלורימטר פשוט בעצמך. אתה צריך שתי כוסות קפה קלקר, מדחום או מכסה. קלורימטר כוס קפה זה אמין באופן מפתיע ולכן הוא מאפיין נפוץ במעבדות כימיה לתואר ראשון. במעבדות לכימיה פיזיקלית יש כלים מתוחכמים יותר כמו "קלורימטרים של פצצה". במכשירים אלה המגיבים נמצאים בתא אטום המכונה הפצצה. לאחר שניצוץ חשמלי מצית אותם, השינוי בטמפרטורה עוזר לקבוע את החום שאבד או צבר.

כדי לכייל קלורימטר, תוכלו להשתמש בתהליך שמעביר כמות חום ידועה כמו מדידת הטמפרטורה של מים חמים וקרים מסוימים. לדוגמה, אתה יכול לערבב מים קרים וחמים בקלורימטר כוס הקפה שלך. לאחר מכן, מודדים את הטמפרטורה לאורך זמן ומשתמשים ברגרסיה ליניארית כדי לחשב את "הטמפרטורה הסופית" של הקלורימטר ותכולתו. הפחתת החום שנצבר על ידי המים הקרים מהחום שאובד על ידי המים החמים מניבה את החום שצבר הקלורימטר. חלוקת נתון זה בשינוי הטמפרטורה של הקלורימטר נותנת את הקלורימטר שלו קבוע, שבו תוכלו להשתמש בניסויים אחרים.

אף קלורימטר אינו מושלם מכיוון שהוא עלול לאבד חום לסביבתו. אף על פי שקלורימטרים של פצצות במעבדות מבודדים כדי למזער את ההפסדים הללו, אי אפשר לעצור את כל אובדן החום. יתר על כן, המגיבים בקלורימטר עשויים להיות לא מעורבבים היטב, מה שמוביל לחימום לא אחיד ומקור טעויות אפשרי נוסף במדידותיך.

מלבד מקורות שגיאה אפשריים, מגבלה נוספת כוללת את סוגי התגובות שאתה יכול ללמוד. לדוגמה, ייתכן שתרצה לדעת כיצד הפירוק של TNT משחרר חום. סוג זה של תגובה יהיה בלתי אפשרי ללמוד בקלורימטר של כוס קפה ואולי אפילו לא יהיה מעשי בקלורימטר פצצה. לחלופין, תגובה עשויה להתרחש באטיות רבה כגון חמצון ברזל ליצירת חלודה. סוג זה של תגובה יהיה קשה מאוד ללמוד בקלורימטר.