Kalorimetrs ir ierīce, kas rūpīgi mēra izolētas sistēmas temperatūru gan pirms, gan pēc reakcijas. Temperatūras izmaiņas norāda, vai siltuma enerģija tika absorbēta vai atbrīvota un cik daudz. Tas dod mums svarīgu informāciju par produktiem, reaģentiem un reakcijas raksturu.
Endotermiskās un eksotermiskās reakcijas
•••Jupiterimages / Pixland / Getty Images
Endotermisks process absorbē siltumu no apkārtnes, bet eksotermisks process izdala siltumu apkārtnē. Siltuma pievienošana palīdz cukuram un sāļam izšķīst ūdenī. Šī reakcija ir endotermiska: reaģenti + enerģija → produkti. Ķīmiskās reakcijas sveces liesmā izdala siltumu. Tie ir eksotermiski: reaģenti → produkts + enerģija.
Kalorimetrijas eksperimenti
Kalorimetrijas eksperimentos mēra reakcijas laikā iegūtās vai zaudētās siltumenerģijas daudzumu, mērot temperatūru pirms un pēc. Pamatojoties uz temperatūras izmaiņām, vielu un aprīkojuma masām un citu īpašību, ko sauc par siltuma jauda (kas katram komponentam var būt atšķirīgs), aprēķina reakcijas laikā notikušās siltumenerģijas izmaiņas. Ja izmaiņas ir pozitīvas, tad izdalījās siltuma enerģija, un process ir eksotermisks. Ja izmaiņas ir negatīvas, siltuma enerģija tika absorbēta, un process ir endotermisks.
Kalorimetru veidi
Kalorimetrs ir slēgts, izolēts trauks, kurā ķīmiskā reakcija norit izolētā vidē. Kalorimetrs ietver arī veidu, kā izmērīt temperatūru pirms un pēc reakcijas. Ir divi galvenie kalorimetru veidi: pastāvīga spiediena kalorimetri un pastāvīga tilpuma kalorimetri. Putupolistirola kauss ar vāku un termometru padara pamata nemainīga spiediena kalorimetru noderīgu mājas eksperimentos. Reakcija vienmēr notiek atmosfēras spiedienā. Pastāvīga tilpuma bumbas kalorimetrs ir sarežģītāks. Reakcija notiek biezu sienu noslēgtā traukā, kas iegremdēts izolētā ūdens vannā.
Piemēri: eksotermisks
•••Goodshoot / Goodshoot / Getty Images
Pārtikas kalorijas var noteikt, sadedzinot tās bumbu kalorimetrā. Mērāmo pārtikas paraugu ievieto iekšējā kamerā, kas ir piepildīta ar skābekli un kurai ir sildelements, kas paraugu aizdedzinās. Tā kā mēs izmantojam pārtikas produktus enerģijas iegūšanai, to sadedzināšanas procesam ir jāatbrīvo enerģija - tie ir eksotermiski. Līdz ar to temperatūra pēc tam būs augstāka nekā iepriekš. Vēl viens eksotermiskas reakcijas piemērs ir tas, kas notiek tūlītējā karstā iepakojumā.
Piemēri: endotermisks
•••Thinkstock / Stockbyte / Getty Images
Daudzi cilvēki ir veikuši eksperimentu, kurā jūs sajaucat cepamo soda un etiķi kopā un iegūstat aizraujošu reakciju. Šī reakcija ir endotermiska. Nebūtu grūti to pārbaudīt vienkāršā mājas kalorimetrā. Tūlītēju karsto iepakojumu pretstats ir tūlītējas aukstuma pakas, kuras bieži atrodamas pirmās palīdzības komplektos un kurās tiek izmantotas endotermiskas reakcijas.
Fiziskā vs. Ķīmiskie procesi
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Vārds “reakcija” šajā rakstā patiešām būtu jādomā vispārīgāk. Fāzes izmaiņas, piemēram, ūdens sasalšana vai vārīšanās, ir fiziski procesi, nevis ķīmiskas reakcijas. Siltums, kas jāpievieno vai jānoņem, lai šīs fāzes izmaiņas notiktu, dod mums svarīgu fizisko konstanti, ko sauc par transformācijas siltumu. Lai to izmērītu, var izmantot kalorimetru.
