რა არის კალორიმეტრი და რა არის მისი შეზღუდვები?

ქიმიკოსებმა ხშირად უნდა იცოდნენ, რამდენ სითბოს ენერგიას გამოყოფს ან შთანთქავს კონკრეტული რეაქცია. ეს საზომი ეხმარება მათ უფრო მეტი გაიგონ, რატომ ხდება რეაქცია და ეხმარება მათ სასარგებლო პროგნოზების გაკეთებაში. კალორიმეტრი არის ინსტრუმენტები, რომლებიც იზომება რეაქციის დროს შინაარსით გამოთავისუფლებული ან შეწოვილი სითბოს რაოდენობას. მარტივი კალორიმეტრის გაკეთება ადვილია, მაგრამ ლაბორატორიებში გამოყენებული ინსტრუმენტები, როგორც წესი, უფრო ზუსტია.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

კალორიმეტრი საშუალებას გაძლევთ გაზომოთ სითბოს რაოდენობა რეაქციაში. მათი ძირითადი შეზღუდვებია სითბოს დაკარგვა გარემოში და არათანაბარი გათბობა.

ძირითადად, კალორიმეტრი ზომავს კალორიმეტრის ტემპერატურისა და მისი შინაარსის ცვლილებას. კალორიმეტრის დაკალიბრების შემდეგ, ქიმიკოსს უკვე ექნება ნომერი, რომელსაც ეწოდება კალორიმეტრის მუდმივა, რომელიც აჩვენებს, თუ რამდენს ცვლის კალორიმეტრის ტემპერატურა დამატებული სითბოს რაოდენობაზე. ამ ინფორმაციისა და რეაქტივების მასის გამოყენებით, ქიმიკოსს შეუძლია დაადგინოს, რამდენადა ხდება სითბოს გამოყოფა ან შეწოვა. მნიშვნელოვანია, რომ კალორიმეტრი მაქსიმალურად ამცირებს სითბოს დაკარგვის სიჩქარეს გარედან, რადგან მიმდებარე ჰაერის სწრაფი სითბოს დაკარგვა შედეგებს შეცვლის.

მარტივია მარტივი კალორიმეტრის გაკეთება თვითონ. გჭირდებათ ორი სტიროფუმის ყავის ჭიქა, თერმომეტრი ან სახურავი. ეს ყავა-ჭიქის კალორიმეტრი საოცრად საიმედოა და, შესაბამისად, ბაკალავრიატის ქიმიის ლაბორატორიების საერთო მახასიათებელია. ფიზიკური ქიმიის ლაბორატორიებს აქვთ უფრო დახვეწილი ინსტრუმენტები, როგორიცაა "ბომბი კალორიმეტრი". ამ მოწყობილობებში რეაქტორები იმყოფებიან დალუქულ კამერაში, რომელსაც ბომბი ეწოდება. ელექტრული ნაპერწკლის აალების შემდეგ, ტემპერატურის ცვლილება ხელს უწყობს დაკარგული ან მოპოვებული სითბოს განსაზღვრას.

კალორიმეტრის დაკალიბრებისთვის შეგიძლიათ გამოიყენოთ პროცესი, რომელიც სითბოს ცნობილ რაოდენობას გადასცემს, მაგალითად, ზოგიერთი ცხელი და ცივი წყლის ტემპერატურის გაზომვას. მაგალითად, შეგიძლიათ შეურიოთ ცივი და ცხელი წყალი ყავის ჭიქის კალორიმეტრში. შემდეგ, თქვენ გაზომავთ ტემპერატურას დროთა განმავლობაში და იყენებთ ხაზოვან უკუგანვითარებას კალორიმეტრის "საბოლოო ტემპერატურას" და მის შინაარსს. ცივი წყლით მიღებული სითბოს გამოკლებით ცხელი წყლით დაკარგული სითბოს გამოვა კალორიმეტრით მიღებული სითბო. ამ ფიგურის დაყოფა კალორიმეტრის ტემპერატურის ცვლილებაზე იძლევა მის კალორიმეტრის მუდმივობას, რომელიც შეგიძლიათ გამოიყენოთ სხვა ექსპერიმენტებში.

არცერთი კალორიმეტრი არ არის სრულყოფილი, რადგან მას შეუძლია სითბო დაკარგოს მის გარშემო. მიუხედავად იმისა, რომ ლაბორატორიებში ბომბის კალორიმეტებს აქვთ იზოლაცია, ამ დანაკარგების შემცირების მიზნით, შეუძლებელია სითბოს დაკარგვის შეჩერება. უფრო მეტიც, კალორიმეტრის რეაქტორები შეიძლება არ იყოს კარგად შერეული, რაც იწვევს არათანაბარ გათბობას და შეცდომების სხვა შესაძლო წყაროს.

შეცდომის შესაძლო წყაროების გარდა, სხვა შეზღუდვა მოიცავს ისეთ რეაქციებს, რომელთა შესწავლაც შეგიძლიათ. მაგალითად, შეიძლება დაგჭირდეთ იმის ცოდნა, თუ როგორ გამოყოფს ტროტილის დაშლა სითბოს. ამგვარი რეაქციის შესწავლა შეუძლებელი იქნება ყავის ჭიქის კალორიმეტრში და შეიძლება არც იყოს პრაქტიკული ბომბის კალორიმეტრში. გარდა ამისა, რეაქცია შეიძლება მოხდეს ძალიან ნელა, როგორიცაა რკინის დაჟანგვა ჟანგის წარმოქმნით. ამგვარი რეაქციის კალორიმეტრით შესწავლა ძალიან რთული იქნება.