เราจะกำหนดได้อย่างไรว่าปฏิกิริยาดูดความร้อนหรือคายความร้อนในการทดลองแคลอรี่

แคลอริมิเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่วัดอุณหภูมิของระบบที่แยกออกมาอย่างระมัดระวังทั้งก่อนและหลังเกิดปฏิกิริยา การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิบอกเราว่าพลังงานความร้อนถูกดูดซับหรือปล่อยออกมาหรือไม่ และมีค่าเท่าใด ข้อมูลนี้ให้ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ สารตั้งต้น และลักษณะของปฏิกิริยา

•••รูปภาพดาวพฤหัสบดี / รูปภาพ Pixland / Getty

กระบวนการดูดความร้อนจะดูดซับความร้อนจากสภาพแวดล้อม ในขณะที่กระบวนการคายความร้อนจะปล่อยความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อม การเพิ่มความร้อนจะช่วยให้น้ำตาลและเกลือละลายในน้ำ ปฏิกิริยานั้นดูดความร้อน: ตัวทำปฏิกิริยา + พลังงาน → ผลิตภัณฑ์ ปฏิกิริยาเคมีในเปลวเทียนทำให้เกิดความร้อน สิ่งเหล่านี้เป็นคายความร้อน: สารตั้งต้น → ผลิตภัณฑ์ + พลังงาน

การทดลองการวัดปริมาณความร้อนจะวัดปริมาณพลังงานความร้อนที่ได้รับหรือสูญเสียไประหว่างปฏิกิริยาโดยการวัดอุณหภูมิก่อนและหลัง ตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ มวลของสารและอุปกรณ์ และคุณสมบัติอื่นที่เรียกว่า ความจุความร้อน (ซึ่งอาจแตกต่างกันไปในแต่ละองค์ประกอบ) หนึ่งจะคำนวณการเปลี่ยนแปลงของพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยา หากการเปลี่ยนแปลงเป็นบวก พลังงานความร้อนก็จะถูกปลดปล่อยออกมา และกระบวนการจะเป็นแบบคายความร้อน หากการเปลี่ยนแปลงเป็นลบ พลังงานความร้อนจะถูกดูดซับและกระบวนการดูดความร้อน

แคลอรีมิเตอร์เป็นภาชนะปิดและหุ้มฉนวนซึ่งปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่แยกออกมา เครื่องวัดความร้อนยังมีวิธีการวัดอุณหภูมิก่อนและหลังปฏิกิริยา แคลอรีมิเตอร์มีสองประเภทหลัก: แคลอรีมิเตอร์แรงดันคงที่และแคลอรีมิเตอร์ปริมาตรคงที่ ถ้วยโฟมที่มีฝาปิดและเทอร์โมมิเตอร์ทำให้เครื่องวัดปริมาณความร้อนคงที่แบบพื้นฐานมีประโยชน์สำหรับการทดลองในบ้าน ปฏิกิริยาจะอยู่ที่ความดันบรรยากาศเสมอ แคลอรีมิเตอร์ของระเบิดปริมาตรคงที่นั้นซับซ้อนกว่า ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในภาชนะที่มีผนังหนาปิดสนิทซึ่งแช่อยู่ในอ่างน้ำที่มีฉนวนหุ้ม

•••รูปภาพ Goodshoot/Goodshoot/GettyGetty

แคลอรี่ในอาหารสามารถกำหนดได้โดยการเผาไหม้ในเครื่องวัดปริมาณแคลอรี่ ตัวอย่างอาหารที่จะวัดจะถูกวางไว้ในห้องด้านในซึ่งเต็มไปด้วยออกซิเจนและมีองค์ประกอบความร้อนที่จะจุดไฟให้กับตัวอย่าง เนื่องจากเราใช้อาหารเพื่อให้ได้พลังงาน กระบวนการเผาไหม้จึงต้องปล่อยพลังงานออกมา ซึ่งเป็นแบบคายความร้อน ส่งผลให้อุณหภูมิสูงขึ้นกว่าเดิม อีกตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาคายความร้อนคือสิ่งที่เกิดขึ้นในแพ็คร้อนทันที

•••รูปภาพ Thinkstock / Stockbyte / Getty

หลายคนได้ทำการทดลองโดยผสมเบกกิ้งโซดากับน้ำส้มสายชูเข้าด้วยกันแล้วเกิดปฏิกิริยาที่น่าตื่นเต้น ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน การทดสอบด้วยเครื่องวัดปริมาณความร้อนที่บ้านแบบง่ายๆ ไม่ใช่เรื่องยาก ตรงกันข้ามกับซองร้อนทันทีคือซองเย็นทันที ซึ่งมักพบในชุดปฐมพยาบาลและใช้ปฏิกิริยาดูดความร้อน

•••รูปภาพ Comstock / Stockbyte / Getty

คำว่า "ปฏิกิริยา" ในบทความนี้ควรคำนึงถึงเรื่องทั่วไปมากกว่านี้ การเปลี่ยนแปลงเฟส เช่น การแช่แข็งของน้ำหรือการเดือด เป็นกระบวนการทางกายภาพ ไม่ใช่ปฏิกิริยาเคมี ความร้อนที่จำเป็นต้องเพิ่มหรือลบออกเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงเฟสเหล่านี้เกิดขึ้นทำให้เรามีค่าคงที่ทางกายภาพที่สำคัญที่เรียกว่าความร้อนของการเปลี่ยนแปลง คุณสามารถใช้แคลอรีมิเตอร์เพื่อวัดสิ่งนี้ได้