Kalorymetry mierzą ciepło reakcji chemicznej lub zmiany fizycznej, takiej jak topnienie lodu w ciekłą wodę. Ciepło reakcji jest ważne dla zrozumienia termodynamiki reakcji chemicznych i przewidywania, jakie reakcje zajdą spontanicznie. Podstawowy kalorymetr jest bardzo łatwy do skonstruowania - wystarczy kilka styropianowych kubków do kawy, pokrywka i termometr. Jednak przed użyciem kalorymetru należy go skalibrować i określić jego stałą kalorymetru. Aby znaleźć stałą kalorymetru dla swojego urządzenia, wykonaj czynności opisane poniżej.
Załóż fartuch laboratoryjny, okulary i rękawiczki.
Złóż kalorymetr na filiżankę kawy, wkładając jedną filiżankę ze styropianu do drugiej i zakładając pokrywkę. Może wydawać się to proste, ale jeśli jest odpowiednio skalibrowany, ten kalorymetr z filiżanką kawy może być zaskakująco przydatny do wykrywania ciepła reakcji.
Odmierz około 50 ml zimnej wody za pomocą cylindra miarowego. Na tym etapie nie trzeba być dokładnym.
Zmierz wagę kalorymetru pustej filiżanki kawy z dokładnością do 0,01 grama (lub tak blisko, jak to tylko możliwe). Teraz dodaj 50 ml zimnej wody, załóż pokrywkę i ponownie zważ kalorymetr. Różnica między ciężarem pustym i pełnym to ciężar zimnej wody. Zapisz tę wartość (z dokładnością do 0,01 grama).
Zważyć zlewkę i zanotować jej wagę (z dokładnością do 0,01 grama). Dodaj około 50 ml wody i ponownie zważ zlewkę. Różnica między ciężarem pustym i pełnym to ciężar gorącej wody. Zapisz tę wartość (z dokładnością do 0,01 grama).
Za pomocą stojaka i zacisku zabezpiecz zlewkę tak, aby stała na drucianej siatce nad palnikiem Bunsena. Siatka z siatki drucianej zapobiega bezpośredniemu kontaktowi płomienia ze szkłem. Umieść jeden z dwóch termometrów w zlewce i zabezpiecz go zaciskiem tak, aby był zawieszony w wodzie, ale nie dotykał dna zlewki.
Zapal palnik Bunsena i delikatnie podgrzej gorącą wodę do około 80 stopni C. Lepiej jest podgrzewać go powoli, niż podgrzewać zbyt szybko i doprowadzać do wrzenia.
Włóż drugi termometr do kalorymetru przez pokrywkę. Mieszaj wodę w kalorymetrze przez cztery minuty i zapisuj jej temperaturę w jednominutowych odstępach z dokładnością do 0,1 stopnia C. Temperatura powinna pozostać mniej więcej stała; jeśli nie, pozostaw zimną wodę jeszcze przez co najmniej dwie minuty.
Tuż przed piątą minutą wyłącz palnik Bunsena, jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś, i zanotuj temperaturę ciepłej i zimnej wody. Szybko i ostrożnie wlej całą gorącą wodę do kalorymetru, następnie załóż pokrywkę i kontynuuj mieszanie termometrem.
Mierz i zapisuj temperaturę w kalorymetrze w odstępach 30-sekundowych, aż upłynie łącznie pięć minut.
Otwórz Excel lub inny program do obsługi arkuszy kalkulacyjnych. Wprowadź czas jako wartości X, a temperatury jako wartości Y i wykreśl swoje dane. Użyj programu do arkuszy kalkulacyjnych, aby znaleźć linię, która najlepiej pasuje do danych po dodaniu gorącej wody. Nie uwzględniaj punktów danych sprzed dodania gorącej wody w linii najlepszego dopasowania. Linia trendu powinna być liniowa.
Zapisz linię najlepszego dopasowania z wykresu. Podłącz 5 minut do x i oblicz y (ekstrapolowana temperatura po 5 minutach). Nazwiemy tę ekstrapolowaną temperaturę Tf.
Odejmij Tf od temperatury gorącej wody tuż przed dodaniem jej do kalorymetru. To da ci zmianę temperatury gorącej wody, Th. Pomnóż Th przez 4,184 i masę ciepłej wody, aby dowiedzieć się, ile energii straciła gorąca woda w dżulach.
Odejmij temperaturę zimnej wody od Tf; to da ci Tc, zmianę temperatury zimnej wody. Pomnóż przez masę zimnej wody i 4,184, aby obliczyć ilość energii pozyskiwanej przez zimną wodę w dżulach.
Odejmij energię uzyskaną przez zimną wodę od energii traconej przez gorącą wodę. To da ci ilość energii uzyskanej przez kalorymetr.
Podziel energię uzyskaną przez kalorymetr przez Tc (zmianę temperatury zimnej wody). Ta ostateczna odpowiedź to twoja stała kalorymetru.
Rzeczy, których będziesz potrzebować
- Kalorymetr do filiżanek kawy
- 2 termometry
- Palnik Bunsena
- Zapalniczka
- Wysuszyć zlewkę 150 ml
- Skala
- Cylinder z podziałką
- Program do arkuszy kalkulacyjnych, taki jak Excel lub OpenOffice
- woda
- Stojak na dzwonek
- Zacisk
- Siatka druciana
- Kalkulator
- Fartuch laboratoryjny
- Okulary ochronne
- Rękawiczki
Wskazówki
Stała kalorymetru nigdy nie może być ujemna - jeśli tak, popełniłeś błąd... Spróbuj wykonać wiele prób i uśrednić wyniki tych prób, aby zmniejszyć swój błąd. Niepewność końcowej średniej będzie plus/minus 2x odchylenie standardowe.
Ostrzeżenia
ZAWSZE zachowaj szczególną ostrożność podczas pracy z otwartym ogniem. Nigdy nie zbliżaj włosów, odzieży ani materiałów łatwopalnych do ognia. Zgaś palnik, gdy nie jest już używany. Zachowaj szczególną ostrożność podczas pracy z gorącą wodą; woda o temperaturze 80 stopni C może spowodować paskudne oparzenia lub oparzenia, jeśli rozlejesz ją na skórę.