Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- En kalorimeters funktioner
- Olika typer av kalorimetrar
- Kalibrering av en kalorimeter
- Begränsningar av kalorimetri
Kemister behöver ofta veta hur mycket värmeenergi en viss reaktion släpper eller absorberar. Denna mätning hjälper dem att förstå mer om varför reaktionen inträffar och hjälper dem att göra användbara förutsägelser. Kalorimetrar är instrument som mäter mängden värme som frigörs eller absorberas av innehållet under en reaktion. Det är lätt att göra en enkel kalorimeter, men de instrument som används i labb är vanligtvis mer exakta.
TL; DR (för lång; läste inte)
Kalorimetrar låter dig mäta mängden värme i en reaktion. Deras huvudbegränsningar är att förlora värme till miljön och ojämn uppvärmning.
En kalorimeters funktioner
I grund och botten mäter en kalorimeter ändringen i kalorimeterns temperatur och dess innehåll. Efter kalorimeterkalibreringen har kemisten redan ett nummer som kallas kalorimeterkonstanten, vilket visar hur mycket kalorimeterns temperatur ändras per mängd tillsatt värme. Med hjälp av denna information och reaktanternas massa kan kemisten bestämma hur mycket värme som frigörs eller absorberas. Det är viktigt att kalorimetern minimerar hastigheten för värmeförlust på utsidan, eftersom snabb värmeförlust till den omgivande luften skulle skeva resultaten.
Olika typer av kalorimetrar
Det är lätt att göra en enkel kalorimeter själv. Du behöver två kaffekoppar med pyrofoam, en termometer eller ett lock. Denna kaffekoppskalorimeter är förvånansvärt tillförlitlig och är därför ett vanligt inslag i grundlaboratoriska kemilabb. Laboratorier för fysikalisk kemi har mer sofistikerade instrument som "bombkalorimetrar." I dessa enheter finns reaktanterna i en förseglad kammare som kallas bomben. Efter att en elektrisk gnista tänder dem, hjälper temperaturen ändras till att bestämma den förlorade eller erhållna värmen.
Kalibrering av en kalorimeter
För att kalibrera en kalorimeter kan du använda en process som överför en känd mängd värme, till exempel att mäta temperaturen på lite varmt och kallt vatten. Till exempel kan du blanda kallt och varmt vatten i din kaffekoppskalorimeter. Därefter mäter du temperaturen över tid och använder linjär regression för att beräkna den "slutliga temperaturen" på kalorimetern och dess innehåll. Att subtrahera värmen som erhållits av det kalla vattnet från värmen som förloras av det varma vattnet ger värmen som erhållits av kalorimetern. Att dela denna siffra med temperaturförändringen på kalorimetern ger sin kalorimeter konstant, som du kan använda i andra experiment.
Begränsningar av kalorimetri
Ingen kalorimeter är perfekt eftersom den kan tappa värmen till omgivningen. Även om bombkalorimetrar i laboratorier har isolering för att minimera dessa förluster, är det omöjligt att stoppa all värmeförlust. Dessutom kanske reaktanterna i kalorimetern inte är välblandade, vilket leder till ojämn uppvärmning och en annan möjlig felkälla i dina mätningar.
Bortsett från möjliga felkällor innebär en annan begränsning vilka typer av reaktioner du kan studera. Till exempel kanske du vill veta hur nedbrytningen av TNT frigör värme. Denna typ av reaktion skulle vara omöjlig att studera i en kaffekoppskalorimeter och kanske inte ens vara praktisk i en bombkalorimeter. Alternativt kan en reaktion äga rum mycket långsamt, såsom oxidation av järn för att bilda rost. Denna typ av reaktion skulle vara mycket svår att studera med en kalorimeter.