化学者は、特定の反応が放出または吸収する熱エネルギーの量を知る必要があることがよくあります。 この測定は、反応が発生する理由を理解し、有用な予測を行うのに役立ちます。 熱量計は、反応中に内容物によって放出または吸収される熱の量を測定する機器です。 単純な熱量計を作成するのは簡単ですが、ラボで使用される機器は通常、より正確です。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
熱量計を使用すると、反応の熱量を測定できます。 それらの主な制限は、環境への熱の損失と不均一な加熱です。
熱量計の機能
基本的に、熱量計は熱量計とその内容物の温度変化を測定します。 熱量計のキャリブレーション後、化学者はすでに熱量計定数と呼ばれる数値を持っています。これは、追加された熱量ごとに熱量計の温度がどの程度変化するかを示します。 この情報と反応物の質量を使用して、化学者はどれだけの熱が放出または吸収されるかを決定できます。 周囲の空気への急激な熱損失は結果を歪めるため、熱量計が外部への熱損失率を最小限に抑えることが重要です。
さまざまな種類の熱量計
簡単な熱量計を自分で作るのは簡単です。 2つの発泡スチロールのコーヒーカップ、温度計または蓋が必要です。 このコーヒーカップ熱量計は驚くほど信頼性が高く、したがって学部の化学実験室の一般的な機能です。 物理化学実験室には、「爆弾熱量計」などのより洗練された機器があります。 これらのデバイスでは、反応物は爆弾と呼ばれる密閉されたチャンバー内にあります。 電気火花がそれらに点火した後、温度の変化は、失われたまたは得られた熱を決定するのに役立ちます。
熱量計の校正
熱量計を校正するには、温水と冷水の温度を測定するなど、既知の量の熱を伝達するプロセスを使用できます。 たとえば、コーヒーカップの熱量計で冷水と温水を混ぜることができます。 次に、時間の経過とともに温度を測定し、線形回帰を使用して、熱量計とその内容の「最終温度」を計算します。 温水によって失われた熱から冷水によって得られた熱を差し引くと、熱量計によって得られた熱が得られます。 この数値を熱量計の温度変化で割ると、熱量計の定数が得られ、他の実験で使用できます。
熱量測定の制限
周囲に熱を失う可能性があるため、完璧な熱量計はありません。 実験室の爆弾熱量計には、これらの損失を最小限に抑えるための断熱材がありますが、すべての熱損失を止めることは不可能です。 さらに、熱量計内の反応物が十分に混合されていない可能性があります。これにより、加熱が不均一になり、測定でエラーが発生する可能性があります。
考えられるエラーの原因とは別に、別の制限には、調査できる反応の種類が含まれます。 たとえば、TNTの分解がどのように熱を放出するかを知りたい場合があります。 この種の反応は、コーヒーカップの熱量計では研究できず、爆弾の熱量計でも実用的ではない可能性があります。 あるいは、鉄が酸化して錆を形成するなど、反応が非常にゆっくりと起こる場合があります。 この種の反応は、熱量計で研究するのは非常に困難です。