Калориметр - це прилад, який ретельно вимірює температуру ізольованої системи як до, так і після реакції. Зміна температури говорить нам, чи поглиналася чи виділялась теплова енергія, і скільки. Це дає нам важливу інформацію про продукти, реагенти та характер реакції.
Ендотермічні та екзотермічні реакції
•••Юпітерімадж / Піксленд / Гетті Імідж
Ендотермічний процес поглинає тепло з навколишнього середовища, тоді як екзотермічний процес виділяє тепло в навколишнє середовище. Додавання тепла сприяє розчиненню цукру і солі у воді. Ця реакція є ендотермічною: реагенти + енергія → продукти. Хімічні реакції у полум’ї свічки віддають тепло. Вони екзотермічні: Реактиви → Продукт + Енергія.
Експерименти з калориметрії
Експерименти з калориметрії вимірюють кількість теплової енергії, отриманої або втраченої під час реакції, шляхом вимірювання температури до і після. На основі зміни температури, маси речовин та обладнання та іншої властивості, званої теплоємність (яка може бути різною для кожного компонента), обчислюється зміна теплової енергії, що сталася під час реакції. Якщо зміна позитивна, тоді виділяється теплова енергія, і процес є екзотермічним. Якщо зміна негативна, то теплова енергія поглинається, і процес є ендотермічним.
Види калориметрів
Калориметр - це закрита, ізольована ємність, в якій хімічна реакція протікає в ізольованому середовищі. Калориметр також включає спосіб вимірювання температури до і після реакції. Існує два основних типи калориметрів: калориметри з постійним тиском і калориметри з постійним об’ємом. Чашка із пінополістиролу з кришкою та термометром робить основний калориметр з постійним тиском корисним для домашніх експериментів. Реакція завжди відбувається при атмосферному тиску. Калориметр бомби постійного обсягу є більш складним. Реакція відбувається в товстостінному герметичному контейнері, який занурюють у ізольовану водяну баню.
Приклади: Екзотермічний
•••Goodshoot / Goodshoot / Getty Images
Калорії в продуктах можна визначити, спалюючи їх у калориметрі-бомбі. Зразок їжі, що підлягає вимірюванню, поміщається у внутрішню камеру, яка заповнена киснем і має нагрівальний елемент, який запалить зразок. Оскільки ми використовуємо продукти для отримання енергії, процес їх спалювання повинен виділяти енергію - вони екзотермічні. Отже, температура після цього буде вищою, ніж попередньо. Іншим прикладом екзотермічної реакції є те, що відбувається в миттєвій гарячій упаковці.
Приклади: Ендотермічний
•••Thinkstock / Stockbyte / Getty Images
Багато людей проводили експеримент, коли ви змішуєте харчову соду та оцет і отримуєте захоплюючу реакцію. Ця реакція ендотермічна. Не складно буде перевірити це на простому домашньому калориметрі. На противагу негайним гарячим упаковкам стають миттєві холодні пакети, які часто можна знайти в аптечках і використовують ендотермічні реакції.
Фізичний проти Хімічні процеси
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Слово «реакція» у цій статті слід дійсно мислити загальніше. Фазові зміни, такі як заморожування або кипіння води, є фізичними процесами, а не хімічними реакціями. Тепло, яке потрібно було додати або видалити, щоб здійснити ці фазові зміни, дало нам важливу фізичну константу, яка називається теплотою перетворення. Для вимірювання можна використовувати калориметр.