Kalorimetras yra įtaisas, atidžiai matuojantis izoliuotos sistemos temperatūrą tiek prieš, tiek po reakcijos. Temperatūros pokytis nurodo, ar šilumos energija buvo absorbuota ar išleista ir kiek. Tai suteikia mums svarbios informacijos apie produktus, reagentus ir reakcijos pobūdį.
Endoterminės ir egzoterminės reakcijos
•••„Jupiterimages“ / „Pixland“ / „Getty Images“
Endoterminis procesas absorbuoja šilumą iš aplinkos, o egzoterminis procesas išskiria šilumą į aplinką. Pridėjus šilumos, cukrus ir druska ištirpsta vandenyje. Ta reakcija yra endoterminė: reagentai + energija → produktai. Cheminės žvakės liepsnos reakcijos išskiria šilumą. Tai yra egzoterminiai veiksniai: reagentai → produktas + energija.
Kalorimetrijos eksperimentai
Kalorimetrijos eksperimentai matuoja reakcijos metu gautą ar prarastą šilumos energijos kiekį, matuojant temperatūrą prieš ir po jos. Remiantis temperatūros pokyčiais, medžiagų ir įrangos masėmis bei kita savybe, vadinama šilumos talpa (kuris kiekvienam komponentui gali būti skirtingas), apskaičiuojamas reakcijos metu įvykęs šilumos energijos pokytis. Jei pokytis yra teigiamas, tada išsiskiria šiluminė energija ir procesas yra egzoterminis. Jei pokytis yra neigiamas, tada absorbuota šiluminė energija ir procesas yra endoterminis.
Kalorimetrų tipai
Kalorimetras yra uždaras, izoliuotas indas, kuriame cheminė reakcija vyksta izoliuotoje aplinkoje. Kalorimetras taip pat apima temperatūros matavimą prieš ir po reakcijos. Yra du pagrindiniai kalorimetrų tipai: pastovaus slėgio kalorimetrai ir pastovaus tūrio kalorimetrai. Putų polistirolo puodelis su dangteliu ir termometru daro pagrindinį pastovaus slėgio kalorimetrą naudingą eksperimentams namuose. Reakcija visada vyksta esant atmosferos slėgiui. Pastovaus tūrio bombų kalorimetras yra sudėtingesnis. Reakcija vyksta storų sienelių sandariame inde, kuris panardinamas į izoliuotą vandens vonią.
Pavyzdžiai: egzoterminis
•••„Goodshoot“ / „Goodshoot“ / „Getty Images“
Maisto produktų kalorijas galima nustatyti deginant jas bombų kalorimetru. Matuojamas maisto mėginys dedamas į vidinę kamerą, kuri užpildyta deguonimi ir turi kaitinimo elementą, kuris mėginį uždegs. Kadangi mes naudojame maisto produktus energijai gauti, jų deginimo procesas turi išlaisvinti energiją - jie yra egzoterminiai. Taigi vėliau temperatūra bus aukštesnė nei anksčiau. Kitas egzoterminės reakcijos pavyzdys yra tai, kas vyksta greitai paruošiamoje pakuotėje.
Pavyzdžiai: endoterminis
•••„Thinkstock“ / „Stockbyte“ / „Getty Images“
Daugelis žmonių atliko eksperimentą, kai jūs maišote soda ir actą kartu ir sulaukiate jaudinančios reakcijos. Ši reakcija yra endoterminė. Nebūtų sunku tai išbandyti paprastu namų kalorimetru. Greitai paruošiamų pakuočių priešingybė yra greitai paruošiamų šaltų pakuočių, kurios dažnai būna pirmosios pagalbos rinkiniuose ir kuriose naudojamos endoterminės reakcijos.
Fizinis vs. Cheminiai procesai
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Žodį „reakcija“ šiame straipsnyje reikėtų galvoti apskritai. Fazių pokyčiai, tokie kaip vandens užšalimas ar virinimas, yra fiziniai procesai, o ne cheminės reakcijos. Šiluma, kurią reikia pridėti arba pašalinti, kad įvyktų šie fazių pokyčiai, suteikia mums svarbią fizinę konstanta, vadinamą virsmo šiluma. Tam matuoti galima naudoti kalorimetrą.