Kalorimeter je naprava, ki natančno meri temperaturo izoliranega sistema pred reakcijo in po njej. Sprememba temperature nam pove, ali je bila termična energija absorbirana ali sproščena in koliko. To nam daje pomembne informacije o produktih, reaktantih in naravi reakcije.
Endotermne in eksotermne reakcije
•••Jupiterimages / Pixland / Getty Images
Endotermni postopek absorbira toploto iz okolice, eksotermni postopek pa sprošča toploto v okolico. Dodajanje toplote pomaga, da se sladkor in sol raztopita v vodi. Ta reakcija je endotermna: reaktanti + energija → proizvodi. Kemične reakcije v plamenu sveče oddajajo toploto. To so eksotermni: reaktanti → izdelek + energija.
Kalorimetrični poskusi
Kalorimetrični poskusi merijo količino toplotne energije, pridobljene ali izgubljene med reakcijo, z merjenjem temperature pred in po. Na podlagi spremembe temperature, snovi in opreme ter druge lastnosti, imenovane toplotna zmogljivost (ki se lahko razlikuje za vsako komponento), izračuna se sprememba toplotne energije, ki se je zgodila med reakcijo. Če je sprememba pozitivna, se sprosti toplotna energija in postopek je eksotermičen. Če je sprememba negativna, je bila toplotna energija absorbirana in postopek je endotermičen.
Vrste kalorimetrov
Kalorimeter je zaprta, izolirana posoda, v kateri poteka kemična reakcija v izoliranem okolju. Kalorimeter vključuje tudi način za merjenje temperature pred in po reakciji. Obstajata dve glavni vrsti kalorimetrov: kalorimetri s konstantnim tlakom in kalorimetri s konstantno prostornino. Skodelica iz stiroporja s pokrovom in termometrom naredi osnovni kalorimeter s konstantnim tlakom, uporaben za domače poskuse. Reakcija je vedno pri atmosferskem tlaku. Kalorimeter s konstantno prostornino je bolj zapleten. Reakcija poteka v zatesnjeni posodi z debelimi stenami, ki je potopljena v izolirano vodno kopel.
Primeri: eksotermni
•••Goodshoot / Goodshoot / Getty Images
Kalorije v živilih lahko določimo tako, da jih zažgemo v bombnem kalorimetru. Vzorec hrane, ki jo je treba izmeriti, se postavi v notranjo komoro, ki je napolnjena s kisikom in ima grelni element, ki bo vzorec vžgal. Ker živila uporabljamo za pridobivanje energije, mora postopek njihovega sežiganja sproščati energijo - so eksotermna. Posledično bo temperatura pozneje višja kot prej. Drug primer eksotermne reakcije je tisto, kar se zgodi v vročem paketu.
Primeri: endotermni
•••Thinkstock / Stockbyte / Getty Images
Veliko ljudi je izvedlo poskus, kjer zmešate sodo bikarbono in kis in dobite razburljivo reakcijo. Ta reakcija je endotermna. Tega ne bi bilo težko preizkusiti s preprostim domačim kalorimetrom. Nasprotno od hitrih vročih paketov so instant hladni vložki, ki jih pogosto najdemo v kompletih za prvo pomoč in uporabljajo endotermne reakcije.
Fizični vs. Kemični procesi
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Na besedo "reakcija" v tem članku bi bilo res treba misliti bolj splošno. Fazne spremembe, kot je zmrzovanje ali vrenje vode, so fizični procesi in ne kemične reakcije. Toploto, ki jo je bilo treba dodati ali odstraniti, da se te fazne spremembe zgodijo, nam daje pomembno fizikalno konstanto, imenovano toplota transformacije. Za merjenje lahko uporabimo kalorimeter.
