Chemikams dažnai reikia žinoti, kiek šilumos išleidžia arba sugeria tam tikra reakcija. Šis matavimas padeda jiems daugiau suprasti, kodėl įvyksta reakcija, ir padeda prognozuoti naudingai. Kalorimetrai yra prietaisai, matuojantys reakcijos metu turinio išsiskyrusio ar absorbuoto šilumos kiekį. Paprasta pagaminti paprastą kalorimetrą, tačiau laboratorijose naudojami instrumentai paprastai yra tikslesni.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Kalorimetrai leidžia matuoti šilumos kiekį reakcijoje. Pagrindiniai jų apribojimai yra šilumos praradimas aplinkai ir netolygus šildymas.
Kalorimetro funkcijos
Iš esmės kalorimetras matuoja kalorimetro ir jo turinio temperatūros pokyčius. Po kalorimetro kalibravimo chemikas jau turės skaičių, vadinamą kalorimetro konstanta, kuris parodo, kiek keičiasi kalorimetro temperatūra vienam pridėtam šilumos kiekiui. Naudodamasis šia informacija ir reagentų mase, chemikas gali nustatyti, kiek šilumos išsiskiria ar sugeria. Svarbu, kad kalorimetras sumažintų šilumos nuostolius į išorę, nes greiti šilumos nuostoliai aplinkiniam orui iškreiptų rezultatus.
Skirtingi kalorimetrų tipai
Paprasta kalorimetrą lengva pasidaryti patiems. Jums reikia dviejų putų polistirolo putplasčio, termometro ar dangtelio. Šis kavos puodelio kalorimetras yra stebėtinai patikimas ir todėl yra bendras bakalauro chemijos laboratorijų bruožas. Fizinės chemijos laboratorijose yra sudėtingesnių prietaisų, tokių kaip „bombų kalorimetrai“. Šiuose įtaisuose reagentai yra uždaroje kameroje, vadinamoje bomba. Elektros kibirkščiai juos uždegus, temperatūros pokytis padeda nustatyti prarastą ar gautą šilumą.
Kalorimetro kalibravimas
Norėdami kalibruoti kalorimetrą, galite naudoti procesą, perduodantį žinomą šilumos kiekį, pavyzdžiui, matuoti karšto ir šalto vandens temperatūrą. Pavyzdžiui, kavos puodelio kalorimetre galite sumaišyti šaltą ir karštą vandenį. Tada išmatuosite temperatūrą per tam tikrą laiką ir naudosite tiesinę regresiją, kad apskaičiuotumėte kalorimetro ir jo turinio „galutinę temperatūrą“. Atėmus šalto vandens šilumą iš karšto vandens prarastos šilumos, gaunama šilumoka, gaunama kalorimetru. Padalinus šią figūrą iš kalorimetro temperatūros pokyčio, gaunama jo kalorimetro konstanta, kurią galite naudoti kituose eksperimentuose.
Kalorimetrijos apribojimai
Nė vienas kalorimetras nėra tobulas, nes gali prarasti šilumą aplinkai. Nors bombų kalorimetrai laboratorijose turi izoliaciją, kad sumažėtų šie nuostoliai, neįmanoma sustabdyti visų šilumos nuostolių. Be to, kalorimetro reagentai gali būti nepakankamai sumaišyti, o tai lemia netolygų šildymą ir dar vieną galimą klaidų šaltinį atliekant matavimus.
Be galimų klaidų šaltinių, kitas apribojimas susijęs su reakcijų rūšimis, kurias galite tirti. Pvz., Galbūt norėsite sužinoti, kaip skaidant TNT išsiskiria šiluma. Tokios reakcijos būtų neįmanoma ištirti kavos puodelio kalorimetre, o bombos kalorimetru ji gali būti net praktiška. Kitu atveju reakcija gali vykti labai lėtai, pavyzdžiui, geležies oksidacija, kad susidarytų rūdys. Tokią reakciją būtų labai sunku ištirti naudojant kalorimetrą.