Kalorimeter je zariadenie, ktoré starostlivo meria teplotu izolovaného systému pred aj po uskutočnení reakcie. Zmena teploty nám hovorí, či sa tepelná energia absorbovala alebo uvoľnila a koľko. To nám dáva dôležité informácie o produktoch, reaktantoch a povahe reakcie.
Endotermické a exotermické reakcie
•••Jupiterimages / Pixland / Getty Images
Endotermický proces absorbuje teplo z okolia, zatiaľ čo exotermický proces uvoľňuje teplo do okolia. Pridaním tepla sa cukor a soľ rozpustia vo vode. Táto reakcia je endotermická: reaktanty + energia → produkty. Chemické reakcie v plameni sviečky vydávajú teplo. Jedná sa o exotermické: reaktanty → produkt + energia.
Kalorimetrické experimenty
Kalorimetrické experimenty merajú množstvo tepelnej energie získanej alebo stratenej počas reakcie meraním teploty pred a po. Na základe zmeny teploty, hmotnosti látok a zariadení a ďalšej vlastnosti nazývanej tepelná kapacita (čo sa môže líšiť pre každú zložku), vypočítava sa zmena tepelnej energie, ktorá nastala počas reakcie. Ak je zmena pozitívna, potom sa uvoľnila tepelná energia a proces je exotermický. Ak je zmena negatívna, potom sa absorbovala tepelná energia a proces je endotermický.
Typy kalorimetrov
Kalorimeter je uzavretá izolovaná nádoba, v ktorej chemická reakcia prebieha v izolovanom prostredí. Kalorimeter tiež zahrnuje spôsob merania teploty pred a po reakcii. Existujú dva hlavné typy kalorimetrov: kalorimetre s konštantným tlakom a kalorimetre s konštantným objemom. Šálka z polystyrénu s vekom a teplomerom robí základný kalorimeter s konštantným tlakom užitočným pre domáce experimenty. Reakcia je vždy pri atmosférickom tlaku. Kalorimeter s konštantným objemom bomby je komplikovanejší. Reakcia prebieha v hrubostennej utesnenej nádobe, ktorá je ponorená do izolovaného vodného kúpeľa.
Príklady: exotermické
•••Goodshoot / Goodshoot / Getty Images
Kalórie v potravinách sa dajú určiť ich spálením v bombovom kalorimetri. Vzorka jedla, ktorá sa má merať, sa umiestni do vnútornej komory, ktorá je naplnená kyslíkom a má vyhrievací prvok, ktorý vzorku zapáli. Pretože používame potraviny na získavanie energie, proces ich spaľovania musí uvoľňovať energiu - sú exotermické. Následne bude teplota potom vyššia ako predtým. Ďalším príkladom exotermickej reakcie je to, čo sa deje v okamžitom horúcom obale.
Príklady: endotermické
•••Thinkstock / Stockbyte / Getty Images
Mnoho ľudí uskutočnilo experiment, pri ktorom zmiešate sódu a ocot spolu a získate vzrušujúcu reakciu. Táto reakcia je endotermická. Nebolo by ťažké to otestovať v jednoduchom domácom kalorimetri. Opakom okamžitých horúcich balení sú okamžité studené balenia, ktoré sa často nachádzajú v lekárničkách a využívajú endotermické reakcie.
Fyzické vs. Chemické procesy
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Slovo „reakcia“ v tomto článku by sa malo myslieť skutočne všeobecnejšie. Fázové zmeny, ako napríklad zmrazenie alebo varenie vody, sú fyzikálne procesy, nie chemické reakcie. Teplo, ktoré je potrebné pridať alebo odobrať, aby došlo k týmto fázovým zmenám, nám dáva dôležitú fyzikálnu konštantu, ktorá sa nazýva teplo premeny. Na meranie je možné použiť kalorimeter.