Chimiștii trebuie adesea să știe câtă energie termică degajă sau absoarbe o anumită reacție. Această măsurare îi ajută să înțeleagă mai multe despre motivul pentru care apare reacția și îi ajută să facă predicții utile. Calorimetrele sunt instrumente care măsoară cantitatea de căldură degajată sau absorbită de conținut în timpul unei reacții. Este ușor să faci un calorimetru simplu, dar instrumentele utilizate în laboratoare sunt de obicei mai precise.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Calorimetrele vă permit să măsurați cantitatea de căldură dintr-o reacție. Principalele lor limitări sunt pierderea căldurii pentru mediu și încălzirea inegală.
Funcțiile unui calorimetru
Practic, un calorimetru măsoară modificarea temperaturii calorimetrului și a conținutului acestuia. După calibrarea calorimetrului, chimistul va avea deja un număr numit constantă calorimetrică, care arată cât de mult se schimbă temperatura calorimetrului pe cantitatea de căldură adăugată. Folosind aceste informații și masa reactanților, chimistul poate determina cantitatea de căldură eliberată sau absorbită. Este important ca calorimetrul să minimizeze rata pierderilor de căldură către exterior, deoarece pierderile rapide de căldură în aerul înconjurător ar distorsiona rezultatele.
Diferite tipuri de calorimetre
Este ușor să faci singur un calorimetru simplu. Ai nevoie de două căni de cafea din polistiren, un termometru sau un capac. Acest calorimetru cu ceașcă de cafea este surprinzător de fiabil și, prin urmare, este o caracteristică comună a laboratoarelor de chimie universitare. Laboratoarele de chimie fizică au instrumente mai sofisticate, cum ar fi „calorimetre bombă”. În aceste dispozitive, reactanții se află într-o cameră etanșă numită bombă. După ce o scânteie electrică le aprinde, schimbarea temperaturii ajută la determinarea căldurii pierdute sau câștigate.
Calibrarea unui calorimetru
Pentru a calibra un calorimetru, puteți utiliza un proces care transferă o cantitate cunoscută de căldură, cum ar fi măsurarea temperaturii apei calde și reci. De exemplu, puteți amesteca apă rece și fierbinte în calorimetrul cu ceașcă de cafea. Apoi, măsurați temperatura în timp și utilizați regresia liniară pentru a calcula „temperatura finală” a calorimetrului și conținutul acestuia. Scăderea căldurii acumulate de apa rece din căldura pierdută de apa fierbinte produce căldura câștigată de calorimetru. Împărțirea acestei cifre la schimbarea temperaturii calorimetrului dă constantă calorimetrului său, pe care îl puteți utiliza în alte experimente.
Limitări de calorimetrie
Nici un calorimetru nu este perfect, deoarece poate pierde căldura în împrejurimile sale. Deși calorimetrele cu bombe din laboratoare au izolație pentru a minimiza aceste pierderi, este imposibil să opriți toate pierderile de căldură. Mai mult, este posibil ca reactanții din calorimetru să nu fie bine amestecați, ceea ce duce la încălzirea neuniformă și la o altă posibilă sursă de eroare în măsurătorile dvs.
În afară de sursele posibile de eroare, o altă limitare implică tipurile de reacții pe care le puteți studia. De exemplu, poate doriți să știți cum descompunerea TNT eliberează căldură. Acest tip de reacție ar fi imposibil de studiat într-un calorimetru cu ceașcă de cafea și ar putea să nu fie chiar practic într-un calorimetru cu bombă. Alternativ, o reacție poate avea loc foarte lent, cum ar fi oxidarea fierului pentru a forma rugina. Acest tip de reacție ar fi foarte dificil de studiat cu un calorimetru.