Kimyagerlerin genellikle belirli bir reaksiyonun ne kadar ısı enerjisi açığa çıkardığını veya emdiğini bilmeleri gerekir. Bu ölçüm, reaksiyonun neden oluştuğunu daha iyi anlamalarına ve faydalı tahminler yapmalarına yardımcı olur. Kalorimetreler, bir reaksiyon sırasında içerikler tarafından salınan veya emilen ısı miktarını ölçen araçlardır. Basit bir kalorimetre yapmak kolaydır, ancak laboratuvarlarda kullanılan aletler genellikle daha hassastır.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)
Kalorimetreler, bir reaksiyondaki ısı miktarını ölçmenizi sağlar. Başlıca sınırlamaları çevreye ısı kaybetmek ve eşit olmayan ısıtmadır.
Kalorimetrenin İşlevleri
Temel olarak bir kalorimetre, kalorimetrenin ve içeriğinin sıcaklığındaki değişimi ölçer. Kalorimetre kalibrasyonundan sonra, kimyager zaten kalorimetre sabiti adı verilen ve eklenen ısı miktarı başına kalorimetrenin sıcaklığının ne kadar değiştiğini gösteren bir sayıya sahip olacaktır. Bu bilgiyi ve reaktanların kütlesini kullanarak, kimyager ne kadar ısının salındığını veya emildiğini belirleyebilir. Çevredeki havaya hızlı ısı kaybı sonuçları çarpıtacağından, kalorimetrenin dışarıya ısı kaybı oranını en aza indirmesi önemlidir.
Farklı Kalorimetre Türleri
Kendiniz basit bir kalorimetre yapmak kolaydır. İki strafor kahve fincanına, bir termometreye veya bir kapağa ihtiyacınız var. Bu kahve fincanı kalorimetresi şaşırtıcı derecede güvenilirdir ve bu nedenle lisans kimya laboratuvarlarının ortak bir özelliğidir. Fiziksel kimya laboratuvarları, "bomba kalorimetreleri" gibi daha karmaşık araçlara sahiptir. Bu cihazlarda, reaktanlar bomba adı verilen kapalı bir odadadır. Bir elektrik kıvılcımı onları ateşledikten sonra, sıcaklıktaki değişiklik, kaybedilen veya kazanılan ısının belirlenmesine yardımcı olur.
Kalorimetre Kalibrasyonu
Bir kalorimetreyi kalibre etmek için, bir miktar sıcak ve soğuk suyun sıcaklığını ölçmek gibi bilinen miktarda ısıyı aktaran bir işlem kullanabilirsiniz. Örneğin, kahve fincanı kalorimetrenizde soğuk ve sıcak suyu karıştırabilirsiniz. Ardından, sıcaklığı zaman içinde ölçersiniz ve kalorimetrenin ve içeriğinin "nihai sıcaklığını" hesaplamak için doğrusal regresyon kullanırsınız. Sıcak suyun kaybettiği ısıdan soğuk suyun kazandığı ısının çıkarılması kalorimetrenin kazandığı ısıyı verir. Bu rakamın kalorimetrenin sıcaklık değişimine bölünmesi, diğer deneylerde kullanabileceğiniz kalorimetre sabitini verir.
Kalorimetri Sınırlamaları
Hiçbir kalorimetre mükemmel değildir çünkü çevresine ısı kaybedebilir. Laboratuarlardaki bomba kalorimetreleri bu kayıpları en aza indirecek yalıtıma sahip olsa da, tüm ısı kaybını durdurmak imkansızdır. Ayrıca, kalorimetredeki reaktanlar iyi karışmamış olabilir, bu da eşit olmayan ısınmaya ve ölçümlerinizde olası başka bir hata kaynağına yol açar.
Olası hata kaynaklarının yanı sıra, başka bir sınırlama, inceleyebileceğiniz tepki türlerini içerir. Örneğin, TNT'nin bozunmasının ısıyı nasıl serbest bıraktığını bilmek isteyebilirsiniz. Bu tür bir tepkimeyi bir kahve fincanı kalorimetresinde incelemek imkansız olurdu ve bir bomba kalorimetresinde bile pratik olmayabilirdi. Alternatif olarak, demirin pas oluşturmak üzere oksidasyonu gibi bir reaksiyon çok yavaş gerçekleşebilir. Bu tür bir reaksiyonu bir kalorimetre ile incelemek çok zor olurdu.