Calorimeters meten de hitte van een chemische reactie of een fysieke verandering zoals ijs dat smelt tot vloeibaar water. De reactiewarmte is belangrijk om de thermodynamica van chemische reacties te begrijpen en om te voorspellen welke soorten reacties spontaan zullen plaatsvinden. Een basiscalorimeter is heel eenvoudig te maken - alles wat je nodig hebt zijn een paar piepschuimkoffiekopjes, een deksel en een thermometer. Voordat u uw calorimeter gebruikt, moet u deze echter kalibreren en de calorimeterconstante bepalen. Volg de onderstaande stappen om de calorimeterconstante voor uw apparaat te vinden.
Doe een laboratoriumjas, veiligheidsbril en handschoenen aan.
Zet de calorimeter van de koffiekop in elkaar door de ene piepschuimkop in de andere te plaatsen en het deksel te bevestigen. Het lijkt misschien eenvoudig, maar als het goed is gekalibreerd, kan deze calorimeter voor koffiekopjes verrassend handig zijn voor het vinden van reactiewarmte.
Meet ongeveer 50 ml koud water af met behulp van de maatcilinder. Het is in dit stadium niet nodig om exact te zijn.
Meet het gewicht van uw lege koffiekopcalorimeter tot op 0,01 gram nauwkeurig (of zo dicht mogelijk). Voeg nu de 50 ml koud water toe, plaats het deksel terug en weeg de calorimeter opnieuw. Het verschil tussen het lege en het volle gewicht is het gewicht van het koude water. Noteer deze waarde (tot op 0,01 gram nauwkeurig).
Weeg het bekerglas en noteer het gewicht (tot op 0,01 gram nauwkeurig). Voeg ongeveer 50 ml water toe en weeg het bekerglas opnieuw. Het verschil tussen het lege en het volle gewicht is het gewicht van het warme water. Noteer deze waarde (tot op 0,01 gram nauwkeurig).
Gebruik de ringstandaard en klem om de beker vast te zetten zodat deze bovenop het gaasgaas over de bunsenbrander staat. Het gaasgaas zorgt ervoor dat de vlam niet in direct contact komt met het glas. Plaats een van de twee thermometers in het bekerglas en zet het vast met een klem zodat het in het water hangt, maar de bodem van het bekerglas niet raakt.
Steek de bunsenbrander aan en verwarm het hete water zachtjes tot ongeveer 80 graden C. Het is beter om het langzaam te verwarmen dan het te snel te verwarmen en aan de kook te brengen.
Steek de tweede thermometer door het deksel in de calorimeter. Roer het water in de calorimeter gedurende vier minuten en noteer de temperatuur met tussenpozen van één minuut tot op 0,1 graden Celsius nauwkeurig. De temperatuur moet min of meer constant blijven; als dat niet het geval is, laat het koude water dan nog minstens twee minuten staan.
Zet net voor de vijfde minuut de bunsenbrander uit als je dat nog niet hebt gedaan en noteer de temperatuur van het warme en het koude water. Giet snel en voorzichtig al het hete water in de calorimeter, plaats het deksel terug en blijf roeren met de thermometer.
Meet en noteer de temperatuur in de calorimeter met tussenpozen van 30 seconden totdat er in totaal vijf minuten zijn verstreken.
Open Excel of een ander spreadsheetprogramma. Voer de tijd in als de X-waarden en de temperaturen als de y-waarden en maak een grafiek van uw gegevens. Gebruik het spreadsheetprogramma om een lijn te vinden die het beste bij de gegevens past na het toevoegen van het warme water. Neem niet de gegevenspunten op van voordat u het hete water toevoegt aan uw best passende lijn. De trendlijn moet lineair zijn.
Noteer de lijn die het beste past in uw grafiek. Sluit 5 minuten aan voor x en bereken y (de geëxtrapoleerde temperatuur op 5 minuten). We noemen deze geëxtrapoleerde temperatuur Tf.
Trek Tf af van de temperatuur van het warme water net voordat je het aan de calorimeter hebt toegevoegd. Dit geeft je de verandering in de temperatuur van het warme water, Th. Vermenigvuldig Th met 4,184 en de massa van het warme water om erachter te komen hoeveel energie het warme water in joule heeft verloren.
Trek de temperatuur van het koude water af van Tf; dit geeft je Tc, de temperatuurverandering van het koude water. Vermenigvuldig met de massa van het koude water en 4,184 om de hoeveelheid energie te vinden die door het koude water in joule wordt gewonnen.
Trek de energie gewonnen door het koude water af van de energie die verloren gaat door het warme water. Dit geeft je de hoeveelheid energie die door de calorimeter wordt gewonnen.
Deel de door de calorimeter gewonnen energie door Tc (de temperatuurverandering van het koude water). Dit laatste antwoord is uw calorimeterconstante.
Dingen die je nodig hebt
- Calorimeter voor koffiekopjes
- 2 thermometers
- bunsenbrander
- Aansteker
- Droog bekerglas van 150 ml
- Schaal
- Maatcilinder
- Spreadsheetprogramma zoals Excel of OpenOffice
- Water
- Ringstand
- Klem
- Gaas gaas
- Rekenmachine
- Lab jas
- Stofbril
- Handschoenen
Tips
De constante van de calorimeter kan nooit negatief zijn - als dat zo is, heb je een fout gemaakt... Probeer meerdere proeven uit te voeren en het gemiddelde van de resultaten van die proeven te nemen om uw fout te verminderen. De onzekerheid in uw uiteindelijke gemiddelde is plus/minus 2x de standaarddeviatie.
Waarschuwingen
Wees ALTIJD uiterst voorzichtig bij het werken met open vuur. Laat uw haar, kleding of andere brandbare materialen nooit in de buurt van het vuur komen. Doof de brander wanneer deze niet meer in gebruik is. Wees uiterst voorzichtig bij het werken met heet water; water van 80 graden C kan nare brandwonden of brandwonden veroorzaken als je het op je huid morst.