화학자들은 종종 특정 반응이 방출하거나 흡수하는 열 에너지의 양을 알아야합니다. 이 측정은 반응이 발생하는 이유에 대해 더 많이 이해하고 유용한 예측을하는 데 도움이됩니다. 열량계는 반응 중에 내용물에 의해 방출되거나 흡수되는 열의 양을 측정하는 도구입니다. 간단한 열량계를 만드는 것은 쉽지만 일반적으로 실험실에서 사용되는 기기가 더 정확합니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
열량계를 사용하면 반응의 열량을 측정 할 수 있습니다. 그들의 주요 한계는 환경에 대한 열 손실과 고르지 않은 가열입니다.
열량계의 기능
기본적으로 열량계는 열량계와 그 내용물의 온도 변화를 측정합니다. 열량계 보정 후 화학자는 이미 열량계 상수라고하는 숫자를 가지고 있는데, 이는 추가 된 열량에 따라 열량계의 온도가 얼마나 변하는지를 보여줍니다. 이 정보와 반응물의 질량을 사용하여 화학자는 얼마나 많은 열이 방출되거나 흡수되는지 결정할 수 있습니다. 열량계가 외부로의 열 손실률을 최소화하는 것이 중요합니다. 주변 공기에 대한 빠른 열 손실로 인해 결과가 왜곡되기 때문입니다.
다양한 유형의 열량계
간단한 열량계를 직접 만드는 것은 쉽습니다. 스티로폼 커피 잔 두 개, 온도계 또는 뚜껑이 필요합니다. 이 커피 컵 열량계는 놀랍게도 신뢰할 수 있으므로 학부 화학 실험실의 공통 기능입니다. 물리 화학 실험실에는 "폭탄 열량계"와 같은보다 정교한 도구가 있습니다. 이 장치에서 반응물은 폭탄이라고하는 밀폐 된 챔버에 있습니다. 전기 스파크가 점화되면 온도 변화가 열 손실 또는 획득을 결정하는 데 도움이됩니다.
열량계의 교정
열량계를 보정하려면 일부 온수 및 냉수의 온도 측정과 같이 알려진 양의 열을 전달하는 프로세스를 사용할 수 있습니다. 예를 들어 커피 컵 열량계에서 냉수와 뜨거운 물을 혼합 할 수 있습니다. 다음으로, 시간에 따른 온도를 측정하고 선형 회귀를 사용하여 열량계와 그 내용물의 "최종 온도"를 계산합니다. 뜨거운 물에 의해 손실 된 열에서 냉수에 의해 얻은 열을 빼면 열량계에서 얻은 열이 산출됩니다. 이 수치를 열량계의 온도 변화로 나누면 열량계 상수가 제공되며 다른 실험에서 사용할 수 있습니다.
열량계의 한계
열량계는 주변에 열을 잃을 수 있기 때문에 완벽하지 않습니다. 실험실의 폭탄 열량계에는 이러한 손실을 최소화하기위한 단열재가 있지만 모든 열 손실을 막는 것은 불가능합니다. 또한 열량계의 반응물이 잘 혼합되지 않아 가열이 고르지 않고 측정 오류의 또 다른 원인이 될 수 있습니다.
가능한 오류 소스 외에도 연구 할 수있는 반응의 종류와 관련된 또 다른 제한 사항이 있습니다. 예를 들어, TNT의 분해가 어떻게 열을 방출하는지 알고 싶을 수 있습니다. 이런 종류의 반응은 커피 컵 열량계에서 연구하는 것이 불가능하며 폭탄 열량계에서는 실용적이지 않을 수도 있습니다. 또는 철을 산화시켜 녹을 형성하는 것과 같은 반응이 매우 느리게 발생할 수 있습니다. 이런 종류의 반응은 열량계로 연구하기가 매우 어려울 것입니다.