Een calorimeter is een apparaat dat nauwkeurig de temperatuur van een geïsoleerd systeem meet, zowel voor als nadat een reactie plaatsvindt. De verandering in temperatuur vertelt ons of thermische energie werd geabsorbeerd of vrijgegeven, en hoeveel. Dit geeft ons belangrijke informatie over de producten, reactanten en de aard van de reactie.
Endotherme en exotherme reacties
•••Jupiterimages/Pixland/Getty Images
Een endotherm proces neemt warmte op uit de omgeving, terwijl een exotherm proces warmte afgeeft aan de omgeving. Door warmte toe te voegen, lossen suiker en zout op in water. Die reactie is endotherm: Reactanten + Energie → Producten. De chemische reacties in een kaarsvlam geven warmte af. Deze zijn exotherm: Reactanten → Product + Energie.
Calorimetrie-experimenten
Calorimetrie-experimenten meten de hoeveelheid thermische energie die tijdens een reactie wordt gewonnen of verloren door de temperatuur ervoor en erna te meten. Gebaseerd op de temperatuurverandering, de massa van de stoffen en apparatuur, en een andere eigenschap genaamd de
warmte capaciteit (die voor elke component anders kan zijn), berekent men de verandering in thermische energie die tijdens de reactie is opgetreden. Als de verandering positief is, kwam er thermische energie vrij en is het proces exotherm. Als de verandering negatief is, werd thermische energie geabsorbeerd en is het proces endotherm.Soorten calorimeters
Een calorimeter is een gesloten, geïsoleerde container waarin de chemische reactie plaatsvindt in een geïsoleerde omgeving. De calorimeter bevat ook een manier om de temperatuur voor en na de reactie te meten. Er zijn twee hoofdtypen calorimeters: calorimeters met constante druk en calorimeters met constant volume. Een piepschuimbeker met een deksel en een thermometer maakt een basiscalorimeter met constante druk nuttig voor thuisexperimenten. De reactie is altijd bij atmosferische druk. Een bomcalorimeter met constant volume is ingewikkelder. De reactie vindt plaats in een dikwandige, afgesloten container die is ondergedompeld in een geïsoleerd waterbad.
Voorbeelden: exotherm
•••Goodshoot/Goodshoot/Getty Images
De calorieën in voedingsmiddelen kunnen worden bepaald door ze te verbranden in een bomcalorimeter. Het te meten voedselmonster wordt in de binnenkamer geplaatst, die is gevuld met zuurstof en een verwarmingselement heeft dat het monster zal ontsteken. Omdat we voedsel gebruiken om energie te krijgen, moet bij het verbranden ervan energie vrijkomen -- ze zijn exotherm. Daardoor zal de temperatuur achteraf hoger zijn dan vooraf. Een ander voorbeeld van een exotherme reactie is wat er plaatsvindt in een instant hotpack.
Voorbeelden: Endotherm
•••Thinkstock/Stockbyte/Getty Images
Veel mensen hebben het experiment uitgevoerd waarbij je zuiveringszout en azijn door elkaar mengt en een spannende reactie krijgt. Deze reactie is endotherm. Het zou niet moeilijk zijn om dit te testen in een eenvoudige thuiscalorimeter. Het tegenovergestelde van instant hot packs zijn instant cold packs, die vaak worden aangetroffen in EHBO-koffers en gebruikmaken van endotherme reacties.
Fysiek versus Chemische processen
•••Comstock/Stockbyte/Getty Images
Het woord "reactie" in dit artikel moet eigenlijk meer in het algemeen worden beschouwd. Faseveranderingen, zoals bevriezen of koken van water, zijn fysieke processen, geen chemische reacties. De warmte die moet worden toegevoegd of verwijderd om deze faseveranderingen te laten plaatsvinden, geeft ons een belangrijke fysieke constante die de transformatiewarmte wordt genoemd. Men kan een calorimeter gebruiken om dit te meten.
