Что такое калориметр и каковы его ограничения?

Химикам часто нужно знать, сколько тепловой энергии выделяет или поглощает конкретная реакция. Это измерение помогает им лучше понять, почему возникает реакция, и помогает делать полезные прогнозы. Калориметры - это инструменты, которые измеряют количество тепла, выделяемого или поглощаемого содержимым во время реакции. Сделать простой калориметр легко, но инструменты, используемые в лабораториях, обычно более точны.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Калориметры позволяют измерить количество тепла в реакции. Их основные ограничения - потеря тепла в окружающую среду и неравномерное нагревание.

Функции калориметра

По сути, калориметр измеряет изменение температуры калориметра и его содержимого. После калибровки калориметра у химика уже будет число, называемое константой калориметра, которое показывает, насколько изменяется температура калориметра на количество добавляемого тепла. Используя эту информацию и массу реагентов, химик может определить, сколько тепла выделяется или поглощается. Важно, чтобы калориметр сводил к минимуму потери тепла наружу, поскольку быстрая потеря тепла в окружающий воздух исказила бы результаты.

Различные типы калориметров

Самостоятельно сделать простой калориметр несложно. Вам понадобятся две кофейные чашки из пенополистирола, термометр или крышка. Этот калориметр в виде чашки для кофе на удивление надежен и поэтому является обычной особенностью химических лабораторий бакалавриата. В лабораториях физической химии есть более сложные инструменты, такие как «калориметры бомбы». В этих устройствах реагенты находятся в герметичной камере, называемой бомбой. После того, как электрическая искра воспламеняет их, изменение температуры помогает определить потерянное или полученное тепло.

Калибровка калориметра

Чтобы откалибровать калориметр, вы можете использовать процесс, который передает известное количество тепла, например, измерение температуры некоторой горячей и холодной воды. Например, вы можете смешать холодную и горячую воду в калориметре кофейной чашки. Затем вы измеряете температуру с течением времени и используете линейную регрессию для расчета «конечной температуры» калориметра и его содержимого. Вычитание тепла, полученного холодной водой, из тепла, теряемого горячей водой, дает тепло, полученное калориметром. Разделив эту цифру на изменение температуры калориметра, вы получите постоянную калориметра, которую вы можете использовать в других экспериментах.

Ограничения калориметрии

Ни один калориметр не идеален, потому что он может отдавать тепло своему окружению. Хотя бомбовые калориметры в лабораториях имеют изоляцию, чтобы свести к минимуму эти потери, полностью остановить потерю тепла невозможно. Более того, реагенты в калориметре могут быть плохо перемешаны, что приводит к неравномерному нагреву и еще одному возможному источнику ошибок в ваших измерениях.

Помимо возможных источников ошибок, есть еще одно ограничение, связанное с типами реакций, которые вы можете изучить. Например, вы можете узнать, как при разложении тротила выделяется тепло. Такой тип реакции невозможно было бы изучить в калориметре из кофейных чашек, а в калориметре бомбы - вообще невозможно. В качестве альтернативы реакция может происходить очень медленно, например, окисление железа с образованием ржавчины. Такую реакцию было бы очень трудно изучить с помощью калориметра.

Teachs.ru
  • Доля
instagram viewer