Kalorimetreler, bir kimyasal reaksiyonun veya buzun sıvı suya erimesi gibi fiziksel bir değişimin ısısını ölçer. Reaksiyon ısısı, kimyasal reaksiyonların termodinamiğini anlamak ve ne tür reaksiyonların kendiliğinden gerçekleşeceğini tahmin etmek için önemlidir. Temel bir kalorimetrenin yapımı çok kolaydır - tek ihtiyacınız olan birkaç strafor kahve fincanı, bir kapak ve bir termometredir. Ancak kalorimetrenizi kullanmadan önce kalibre etmeniz ve kalorimetre sabitini belirlemeniz gerekir. Cihazınız için kalorimetre sabitini bulmak için aşağıda özetlenen adımları izleyin.
Laboratuvar önlüğü, gözlük ve eldiven giyin.
Bir strafor kahve fincanını diğerine sokarak ve kapağı takarak kahve fincanı kalorimetresini birleştirin. Basit görünebilir, ancak uygun şekilde kalibre edilirse, bu kahve fincanı kalorimetresi, reaksiyon ısılarını bulmak için şaşırtıcı derecede yararlı olabilir.
Dereceli silindiri kullanarak yaklaşık 50 mL soğuk su ölçün. Bu aşamada kesin olmaya gerek yok.
Boş kahve fincanı kalorimetrenizin ağırlığını en yakın 0,01 grama (veya alabildiğiniz kadar yakın) ölçün. Şimdi 50 mL soğuk su ekleyin, kapağı kapatın ve kalorimetreyi yeniden tartın. Boş ve dolu ağırlıklar arasındaki fark, soğuk suyun ağırlığıdır. Bu değeri kaydedin (en yakın 0,01 grama kadar).
Beheri tartın ve ağırlığını kaydedin (en yakın 0,01 grama kadar). Yaklaşık 50 mL su ekleyin ve beheri yeniden tartın. Boş ve dolu ağırlıklar arasındaki fark, sıcak suyun ağırlığıdır. Bu değeri kaydedin (en yakın 0,01 grama kadar).
Halka standını ve kelepçeyi kullanarak beheri, bunsen beki üzerindeki tel gazlı bez ağının üzerinde duracak şekilde sabitleyin. Tel tül ağ, alevin camla doğrudan temas etmesini önler. İki termometreden birini behere yerleştirin ve bir kelepçe kullanarak suda asılı kalacak, ancak beherin dibine değmeyecek şekilde sabitleyin.
Bunsen brülörünü yakın ve sıcak suyu yavaşça yaklaşık 80 derece C'ye ısıtın. Çok hızlı ısıtıp kaynatmaktansa yavaş ısıtmak daha iyidir.
İkinci termometreyi kapaktan kalorimetreye yerleştirin. Kalorimetrenin içindeki suyu dört dakika karıştırın ve sıcaklığını en yakın 0,1 derece C'ye kadar birer dakikalık aralıklarla kaydedin. Sıcaklık aşağı yukarı sabit kalmalıdır; değilse, soğuk suyun en az iki dakika daha oturmasına izin verin.
Beşinci dakikadan hemen önce, henüz yapmadıysanız Bunsen brülörünü kapatın ve sıcak ve soğuk suyun sıcaklığını kaydedin. Tüm sıcak suyu hızlı ve dikkatli bir şekilde kalorimetreye dökün, ardından kapağı kapatın ve termometre ile karıştırmaya devam edin.
Toplam beş dakika geçene kadar 30 saniyelik aralıklarla kalorimetredeki sıcaklığı ölçün ve kaydedin.
Excel'i veya başka bir elektronik tablo programını açın. X değerleri olarak zamanı ve y değerleri olarak sıcaklıkları girin ve verilerinizin grafiğini çizin. Sıcak suyu ekledikten sonra verilere en uygun satırı bulmak için elektronik tablo programını kullanın. En uygun hattınıza sıcak suyu eklemeden önce veri noktalarını dahil etmeyin. Trend çizgisi lineer olmalıdır.
Grafiğinizden en uygun satırı yazın. x için 5 dakika girin ve y'yi hesaplayın (5 dakikada tahmin edilen sıcaklık). Bu tahmin edilen sıcaklığa Tf diyeceğiz.
Kalorimetreye eklemeden hemen önce sıcak suyun sıcaklığından Tf'yi çıkarın. Bu size sıcak suyun sıcaklığındaki değişimi verecektir, Th. Sıcak suyun joule cinsinden ne kadar enerji kaybettiğini bulmak için Th'yi 4.184 ile ve sıcak suyun kütlesiyle çarpın.
Soğuk suyun sıcaklığını Tf'den çıkarın; bu size soğuk suyun sıcaklık değişimi olan Tc'yi verecektir. Soğuk su tarafından kazanılan enerji miktarını joule cinsinden bulmak için soğuk suyun kütlesi ile 4.184'ü çarpın.
Sıcak suyun kaybettiği enerjiden soğuk suyun kazandığı enerjiyi çıkarın. Bu size kalorimetre tarafından kazanılan enerji miktarını verecektir.
Kalorimetre tarafından kazanılan enerjiyi Tc'ye (soğuk suyun sıcaklık değişimi) bölün. Bu son cevap, kalorimetre sabitinizdir.
İhtiyacınız Olan Şeyler
- Kahve fincanı kalorimetresi
- 2 termometre
- Bunsen brülörü
- çakmak
- Kuru 150 mL beher
- ölçek
- Dereceli silindir
- Excel veya OpenOffice gibi elektronik tablo programı
- Su
- yüzük standı
- Kelepçe
- Tel gazlı bez
- Hesap makinesi
- Laboratuvar önlüğü
- Gözlük
- eldiven
İpuçları
Kalorimetre sabiti asla negatif olamaz - eğer öyleyse, bir hata yaptınız... Hatanızı azaltmak için birden fazla deneme yapmayı ve bu denemelerin sonuçlarının ortalamasını almayı deneyin. Nihai ortalamanızdaki belirsizlik, standart sapmanın artı/eksi 2 katı olacaktır.
Uyarılar
Açık alevle çalışırken DAİMA son derece dikkatli olun. Saçınızın, giysinizin veya herhangi bir yanıcı maddenin ateşe yaklaşmasına asla izin vermeyin. Artık kullanılmadığında brülörü söndürün. Sıcak suyla çalışırken son derece dikkatli olun; 80 derece C'deki su, cildinize dökerseniz kötü yanıklara veya haşlanmalara neden olabilir.