Calorimeter คืออะไรและมีข้อ จำกัด อะไรบ้าง?

นักเคมีมักจำเป็นต้องรู้ว่าปฏิกิริยานั้นปล่อยหรือดูดซับพลังงานความร้อนเท่าใด การวัดนี้ช่วยให้พวกเขาเข้าใจมากขึ้นว่าเหตุใดจึงเกิดปฏิกิริยาขึ้น และช่วยให้พวกเขาคาดการณ์ได้อย่างมีประโยชน์ แคลอรีมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่วัดปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับโดยเนื้อหาในระหว่างการทำปฏิกิริยา การทำแคลอรีมิเตอร์แบบง่ายๆ เป็นเรื่องง่าย แต่เครื่องมือที่ใช้ในห้องปฏิบัติการมักมีความแม่นยำมากกว่า

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

เครื่องวัดความร้อนช่วยให้คุณวัดปริมาณความร้อนในปฏิกิริยาได้ ข้อจำกัดหลักของพวกเขาคือการสูญเสียความร้อนต่อสิ่งแวดล้อมและความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ

โดยทั่วไป แคลอรีมิเตอร์จะวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของแคลอรีมิเตอร์และเนื้อหา หลังจากการสอบเทียบแคลอรีมิเตอร์แล้ว นักเคมีจะมีตัวเลขที่เรียกว่าค่าคงที่แคลอรีมิเตอร์อยู่แล้ว ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของแคลอรีมิเตอร์เปลี่ยนแปลงไปมากน้อยเพียงใดต่อปริมาณความร้อนที่เติม การใช้ข้อมูลนี้และมวลของสารตั้งต้น นักเคมีสามารถกำหนดได้ว่าความร้อนจะถูกปล่อยหรือดูดซับมากเพียงใด สิ่งสำคัญคือเครื่องวัดปริมาณความร้อนจะลดอัตราการสูญเสียความร้อนสู่ภายนอกให้เหลือน้อยที่สุด เนื่องจากการสูญเสียความร้อนอย่างรวดเร็วไปยังอากาศรอบข้างจะทำให้ผลลัพธ์บิดเบือน

การทำแคลอรีมิเตอร์แบบง่ายๆ ด้วยตัวเองเป็นเรื่องง่าย คุณต้องใช้ถ้วยกาแฟโฟมสองถ้วย เทอร์โมมิเตอร์หรือฝาปิด เครื่องวัดปริมาณความร้อนในถ้วยกาแฟนี้มีความน่าเชื่อถืออย่างน่าประหลาดใจ ดังนั้นจึงเป็นคุณสมบัติทั่วไปของห้องปฏิบัติการเคมีระดับปริญญาตรี ห้องปฏิบัติการเคมีเชิงฟิสิกส์มีเครื่องมือที่ซับซ้อนกว่า เช่น "เครื่องวัดปริมาณความร้อนจากระเบิด" ในอุปกรณ์เหล่านี้ สารตั้งต้นจะอยู่ในห้องปิดผนึกที่เรียกว่าระเบิด หลังจากที่เกิดประกายไฟจากไฟฟ้าแล้ว การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะช่วยระบุความร้อนที่สูญเสียหรือได้รับ

ในการสอบเทียบแคลอรีมิเตอร์ คุณสามารถใช้กระบวนการที่ถ่ายเทความร้อนในปริมาณที่ทราบ เช่น การวัดอุณหภูมิของน้ำร้อนและน้ำเย็น ตัวอย่างเช่น คุณสามารถผสมน้ำเย็นและน้ำร้อนในเครื่องวัดปริมาณความร้อนในถ้วยกาแฟของคุณ ถัดไป คุณวัดอุณหภูมิเมื่อเวลาผ่านไป และใช้การถดถอยเชิงเส้นเพื่อคำนวณ "อุณหภูมิสุดท้าย" ของแคลอรีมิเตอร์และเนื้อหา การลบความร้อนที่ได้รับจากน้ำเย็นออกจากความร้อนที่น้ำร้อนสูญเสียไปจะทำให้ได้ความร้อนที่ได้รับจากแคลอริมิเตอร์ การหารตัวเลขนี้ด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของเครื่องวัดความร้อนจะทำให้ค่าคงที่ของแคลอรีมิเตอร์ ซึ่งคุณสามารถใช้ในการทดลองอื่นๆ ได้

ไม่มีเครื่องวัดปริมาณความร้อนใดที่สมบูรณ์แบบเพราะจะสูญเสียความร้อนสู่สิ่งแวดล้อม แม้ว่าเครื่องวัดปริมาณความร้อนของระเบิดในห้องปฏิบัติการจะมีฉนวนกันความร้อนเพื่อลดการสูญเสียเหล่านี้ แต่ก็ไม่สามารถหยุดการสูญเสียความร้อนทั้งหมดได้ ยิ่งไปกว่านั้น สารตั้งต้นในแคลอรีมิเตอร์อาจผสมกันไม่ดี ซึ่งทำให้ความร้อนไม่สม่ำเสมอและอีกสาเหตุหนึ่งที่อาจเกิดข้อผิดพลาดในการวัดของคุณ

นอกเหนือจากแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นได้ ข้อจำกัดอีกประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับประเภทของปฏิกิริยาที่คุณสามารถศึกษาได้ ตัวอย่างเช่น คุณอาจต้องการทราบว่าการสลายตัวของทีเอ็นทีปล่อยความร้อนอย่างไร ปฏิกิริยาประเภทนี้จะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะศึกษาในเครื่องวัดปริมาณความร้อนในถ้วยกาแฟ และอาจไม่สามารถใช้ได้จริงในเครื่องวัดปริมาณความร้อนด้วยระเบิด อีกทางหนึ่ง ปฏิกิริยาอาจเกิดขึ้นช้ามาก เช่น การเกิดออกซิเดชันของเหล็กทำให้เกิดสนิม ปฏิกิริยาประเภทนี้จะเป็นเรื่องยากมากที่จะศึกษาด้วยเครื่องวัดปริมาณความร้อน