Kalorimetri merijo toploto kemične reakcije ali fizične spremembe, kot je taljenje ledu v tekočo vodo. Toplotna reakcija je pomembna za razumevanje termodinamike kemijskih reakcij in napovedovanje, kakšne reakcije bodo potekale spontano. Osnovni kalorimeter je zelo enostavno izdelati - vse, kar potrebujete, je nekaj skodelic za kavo iz stiroporja, pokrov in termometer. Pred uporabo kalorimetra pa ga morate umeriti in določiti njegovo kalorimetrsko konstanto. Če želite poiskati konstanto kalorimetra za svojo napravo, sledite spodnjim korakom.
Oblecite laboratorijski plašč, očala in rokavice.
Sestavite kalorimeter kavne skodelice tako, da v drugo vstavite eno skodelico iz stiroporja in pritrdite pokrov. Morda se zdi preprosto, vendar je ta kalorimeter za kavno skodelico, če je pravilno umerjen, lahko presenetljivo koristen za iskanje vročinskih reakcij.
Z merilnim valjem izmerite približno 50 ml hladne vode. Na tej stopnji ni treba biti natančen.
Izmerite težo svojega praznega kalorimetra za skodelico za kavo na 0,01 grama natančno (ali čim bližje). Zdaj dodajte 50 ml hladne vode, namestite pokrov in ponovno stehtajte kalorimeter. Razlika med prazno in polno utežjo je teža hladne vode. Zapišite to vrednost (z natančnostjo 0,01 grama).
Steklenico stehtamo in zabeležimo njeno težo (z natančnostjo 0,01 grama). Dodajte približno 50 ml vode in ponovno stehtajte čašo. Razlika med prazno in polno utežjo je teža vroče vode. Zapišite to vrednost (z natančnostjo 0,01 grama).
S pomočjo obroča in objemke pritrdite čašo tako, da stoji na vrhu žične gazne mreže nad gorilnikom bunsen. Žična gazna mreža preprečuje, da bi plamen prišel v neposreden stik s steklom. Enega od dveh termometrov namestite v čašo in ga pritrdite s pomočjo objemke, tako da je obešen v vodo, vendar se ne dotika dna čaše.
Prižgite gorilnik bunsen in vročo vodo nežno segrejte na približno 80 stopinj C. Bolje je, da ga segrevamo počasi, namesto da ga prehitro segrevamo in pustimo, da zavre.
Skozi pokrov vstavite drugi termometer v kalorimeter. Vodo znotraj kalorimetra mešajte štiri minute in zabeležite njeno temperaturo v enominutnih intervalih na najbližjih 0,1 stopinje C. Temperatura naj ostane bolj ali manj konstantna; če ni, pustite, da hladna voda sedi vsaj še dve minuti.
Tik pred peto minuto ugasnite Bunsenov gorilnik, če tega še niste storili, in zabeležite temperaturo tople in hladne vode. Hitro in previdno vlijte vročo vodo v kalorimeter, nato namestite pokrov in nadaljujte z mešanjem s termometrom.
Izmerite in beležite temperaturo v kalorimetru v 30-sekundnih intervalih, dokler ne preteče skupno pet minut.
Odprite Excel ali drug program za preglednice. Vnesite čas kot X-vrednosti in temperature kot y-vrednosti ter zapišite podatke. S programom preglednic poiščite vrstico, ki najbolje ustreza podatkom po dodajanju tople vode. Ne vključujte podatkovnih točk pred dodajanjem tople vode v svojo linijo, ki najbolje ustreza. Črta trenda mora biti linearna.
Iz grafikona zapišite vrstico, ki najbolje ustreza. Priključite 5 minut za x in izračunajte y (ekstrapolirana temperatura pri 5 minutah). Temu bomo rekli ekstrapolirana temperatura Tf.
Tf odštejte od temperature vroče vode tik preden ste jo dodali v kalorimeter. Tako boste dobili spremembo temperature tople vode, Th. Pomnožite Th z 4,184 in maso vroče vode, da ugotovite, koliko energije je vroča voda izgubila v džulih.
Odštejte temperaturo hladne vode od Tf; to vam bo dalo Tc, temperaturno spremembo hladne vode. Pomnožite z maso hladne vode in 4,184, da poiščete količino energije, ki jo hladna voda pridobi v džulih.
Od energije, ki jo izgubi vroča voda, odštejemo energijo, ki jo pridobi hladna voda. Tako boste dobili količino energije, ki jo pridobi kalorimeter.
Energijo, pridobljeno s kalorimetrom, delimo s Tc (temperaturna sprememba hladne vode). Ta končni odgovor je vaša kalorimetrska konstanta.
Stvari, ki jih boste potrebovali
- Kalorimeter za skodelico kave
- 2 termometra
- Bunsenov gorilnik
- Vžigalnik
- Suha 150 ml čaša
- Lestvica
- Maturanski klobuk
- Program za preglednice, kot sta Excel ali OpenOffice
- Voda
- Ringstand
- Objemka
- Žična mreža iz gaze
- Kalkulator
- Laboratorijski plašč
- Očala
- Rokavice
Nasveti
Konstanta kalorimetra nikoli ne more biti negativna - če je, ste se zmotili... Poskusite izvesti več poskusov in povprečiti rezultate teh poskusov, da zmanjšate svojo napako. Negotovost vašega končnega povprečja bo plus / minus 2x standardni odklon.
Opozorila
VEDNO bodite izredno previdni pri delu z odprtim ognjem. Nikoli ne dovolite, da se vaši lasje, oblačila ali vnetljivi materiali približajo ognju. Pogasite gorilnik, ko ni več v uporabi. Pri delu s toplo vodo bodite izredno previdni; voda pri 80 stopinjah C lahko povzroči neprijetne opekline ali opekline, če jo polijete po koži.