KALORYMETR: HISTORIA, CZĘŚCI, RODZAJE I ICH CECHY - CHEMIA - 2026

Kalorymetr jest urządzeniem do pomiaru zmiany temperatury ilości substancji (zwykle wody) o znanym cieple właściwym. Ta zmiana temperatury wynika z pochłonięcia lub uwolnienia ciepła w badanym procesie; chemiczna, jeśli jest to reakcja, lub fizyczna, jeśli składa się z fazy lub zmiany stanu.

W laboratorium najprostszym kalorymetrem, jaki można znaleźć, jest ten ze szklanki do kawy. Służy do pomiaru ciepła pochłoniętego lub uwolnionego w reakcji pod stałym ciśnieniem w roztworze wodnym. Reakcje dobiera się tak, aby uniknąć interwencji odczynników lub produktów gazowych.

Źródło: Ichwarsnur, z Wikimedia Commons W reakcji egzotermicznej ilość uwolnionego ciepła można obliczyć ze wzrostu temperatury kalorymetru i roztworu wodnego:

Ilość ciepła oddanego w reakcji = ilość ciepła pochłonięta przez kalorymetr + ilość ciepła pochłonięta przez roztwór

Ilość ciepła, którą absorbuje kalorymetr, nazywana jest pojemnością cieplną kalorymetru. Określa się to dostarczając znaną ilość ciepła do kalorymetru z zadaną masą wody. Następnie mierzy się wzrost temperatury kalorymetru i zawartego w nim roztworu.

Na podstawie tych danych i wykorzystania ciepła właściwego wody (4,18 J / g ° C) można obliczyć pojemność kaloryczną kalorymetru. Ta pojemność jest również nazywana stałą kalorymetru.

Z drugiej strony, ciepło uzyskane przez roztwór wodny jest równe m · ce · Δt. We wzorze m = masa wody, ce = ciepło właściwe wody, a Δt = zmiana temperatury. Wiedząc to wszystko, można obliczyć ilość ciepła uwolnionego w wyniku reakcji egzotermicznej.

Historia kalorymetru

W 1780 roku AL Lavoisier, francuski chemik, uważany za jednego z ojców chemii, użył świnki morskiej do pomiaru produkcji ciepła poprzez oddychanie.

W jaki sposób? Korzystanie z urządzenia podobnego do kalorymetru. O cieple wytwarzanym przez świnkę morską świadczył topniejący śnieg otaczający aparat.

Badacze A. L Lavoisier (1743-1794) i PS Laplace (1749-1827) zaprojektowali kalorymetr, który był używany do pomiaru ciepła właściwego ciała metodą topnienia lodu.

Kalorymetr składał się z cylindrycznego, lakierowanego kubka blaszanego, wspartego na trójnogu i zakończonego wewnętrznie lejkiem. Wewnątrz umieszczono kolejną szklankę, podobnie jak poprzednią, z rurką przechodzącą przez zewnętrzną komorę i zaopatrzoną w klucz. W drugiej szklance znajdował się stojak.

Istota lub przedmiot, którego ciepło właściwe miało zostać określone, został umieszczony na tej siatce. Lód został umieszczony wewnątrz koncentrycznych kieliszków, podobnie jak w koszu.

Ciepło wytwarzane przez ciało zostało pochłonięte przez lód, powodując jego stopienie. A płynny wodny produkt topnienia lodu został zebrany, otwierając wewnętrzny szklany klucz.

I wreszcie, gdy woda była ciężka, znana była masa stopionego lodu.

Części

Najpowszechniej stosowanym kalorymetrem w laboratoriach dydaktycznych chemii jest tzw. Kalorymetr z filiżanką kawy. Ten kalorymetr składa się z zlewki lub zamiast pojemnika z materiału anime, który ma pewne właściwości izolacyjne. Wewnątrz tego pojemnika znajduje się wodny roztwór wraz z ciałem, które ma wytwarzać lub absorbować ciepło.

W górnej części pojemnika znajduje się wieko wykonane z materiału izolacyjnego z dwoma otworami. W jednej umieszczono termometr do pomiaru zmian temperatury, aw drugiej mieszadło, najlepiej wykonane ze szkła, które spełnia funkcję przesuwania zawartości roztworu wodnego.

Zdjęcie przedstawia części kalorymetru bomby; jednakże można zauważyć, że ma termometr i mieszadło, wspólne elementy w kilku kalorymetrach.

Rodzaje i ich cechy

Filiżanka kawy

Jest to metoda wykorzystywana do określania ciepła wydzielanego w wyniku reakcji egzotermicznej oraz ciepła pochłanianego w reakcji endotermicznej.

Ponadto może być używany do określania ciepła właściwego ciała; to znaczy ilość ciepła, jaką musi wchłonąć gram substancji, aby podnieść temperaturę o jeden stopień Celsjusza. .

Bomba kalorymetryczna

Jest to urządzenie, w którym mierzona jest ilość ciepła, które jest uwalniane lub absorbowane w reakcji zachodzącej przy stałej objętości.

Reakcja zachodzi w mocnym stalowym pojemniku (pompie), który jest zanurzony w dużej objętości wody. Dzięki temu zmiany temperatury wody są niewielkie. Dlatego zakłada się, że zmiany związane z reakcją są mierzone przy stałej objętości i temperaturze.

Oznacza to, że żadna praca nie jest wykonywana, gdy reakcja jest przeprowadzana w kalorymetrze bomby.

Reakcję rozpoczyna się od dostarczenia energii elektrycznej przewodami podłączonymi do pompy.

Kalorymetr adiabatyczny

Charakteryzuje się strukturą izolacyjną zwaną tarczą. Osłona znajduje się wokół komórki, w której zachodzą zmiany temperatury i temperatury. Podobnie jest połączony z systemem elektronicznym, który utrzymuje temperaturę bardzo zbliżoną do temperatury ogniwa, unikając w ten sposób wymiany ciepła.

W kalorymetrze adiabatycznym różnica temperatur między kalorymetrem a jego otoczeniem jest zminimalizowana; a także minimalizowanie współczynnika przenikania ciepła i czasu wymiany ciepła.

Jego części składają się z następujących elementów:

-Komórka (lub pojemnik), zintegrowana z systemem izolacyjnym, za pomocą którego stara się uniknąć strat ciepła.

-Termometr do pomiaru zmian temperatury.

-Grzejnik podłączony do kontrolowanego źródła napięcia elektrycznego.

-I tarcza, już wspomniana.

W tego typu kalorymetrze można określić takie właściwości, jak entropia, temperatura Debye'a i gęstość elektronowa stanu.

Kalorymetr izoperibolu

Jest to urządzenie, w którym komora reakcyjna i pompa są zanurzone w konstrukcji zwanej płaszczem. W tym przypadku tzw. Płaszcz składa się z wody utrzymywanej w stałej temperaturze.

Temperatura ogniwa i pompy rosną, gdy ciepło jest uwalniane podczas procesu spalania; Ale temperatura płaszcza wodnego jest utrzymywana na stałym poziomie.

Mikroprocesor kontroluje temperaturę ogniwa i płaszcza, dokonując niezbędnych korekt na ciepło wycieku, które wynika z różnic między dwiema temperaturami.

Te poprawki są stosowane w sposób ciągły, z ostateczną korektą, na podstawie pomiarów przed i po teście.

Kalorymetr przepływu

Opracowany przez Caliendar ma urządzenie do przesuwania gazu w pojemniku ze stałą prędkością. Dodając ciepło, mierzony jest wzrost temperatury płynu.

Kalorymetr przepływu charakteryzuje się:

- Dokładny pomiar prędkości stałego przepływu.

- Dokładny pomiar ilości ciepła wprowadzanego do płynu przez grzałkę.

- Dokładny pomiar wzrostu temperatury gazu spowodowanego doprowadzeniem energii

- Projekt do pomiaru pojemności gazu pod ciśnieniem.

Kalorymetr do różnicowej kalorymetrii skaningowej

Charakteryzuje się posiadaniem dwóch pojemników: w jednym umieszcza się badaną próbkę, w drugim jest pusty lub używany jest materiał odniesienia.

Oba naczynia są ogrzewane ze stałą szybkością energii za pomocą dwóch niezależnych grzejników. Kiedy oba naczynia zaczną się nagrzewać, komputer wykreśli różnicę w strumieniu ciepła grzejników w zależności od temperatury, określając w ten sposób strumień ciepła.

Ponadto można wyznaczyć zmianę temperatury w funkcji czasu; i wreszcie pojemność kaloryczna.

Aplikacje

W fizykochemii

-Podstawowe kalorymetry typu filiżanki do kawy pozwalają zmierzyć ilość ciepła, które ciało oddaje lub pochłania. W nich można określić, czy reakcja jest egzotermiczna czy endotermiczna. Ponadto można określić ciepło właściwe ciała.

- Za pomocą kalorymetru adiabatycznego można było określić entropię procesu chemicznego i gęstość elektronową stanu.

W układach biologicznych

-Mikrokalorymetry są używane do badania systemów biologicznych, które obejmują interakcje między cząsteczkami, a także zachodzące zmiany konformacyjne w cząsteczkach; na przykład podczas rozwijania cząsteczki. Linia obejmuje zarówno skanowanie różnicowe, jak i miareczkowanie izotermiczne.

-Mikrokalorymetr jest stosowany przy opracowywaniu leków małocząsteczkowych, bioterapeutyków i szczepionek.

Kalorymetr z pompą tlenową i moc kaloryczna

W kalorymetrze bomby tlenowej następuje spalanie wielu substancji, a jego wartość kaloryczna można określić. Wśród substancji badanych za pomocą tego kalorymetru są: węgiel i koks; oleje jadalne, ciężkie i lekkie; benzyna i wszystkie paliwa silnikowe.

Jak również rodzaje paliw do samolotów odrzutowych; zużyte paliwo i usuwanie odpadów; produkty spożywcze i dodatki do żywienia ludzi; uprawy paszowe i dodatki do pasz dla zwierząt; Materiały budowlane; paliwa rakietowe i materiały miotające.

Podobnie, moc kaloryczną określono za pomocą kalorymetrii w badaniach termodynamicznych materiałów palnych; w badaniu bilansu energetycznego w ekologii; w materiałach wybuchowych i prochach termicznych oraz w nauczaniu podstawowych metod termodynamicznych.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). Kalorymetria adiabatyczna i jej zastosowania. Odzyskany z: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Kalorymetr. Odzyskane z: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 czerwca 2018). Definicja kalorymetru w chemii. Odzyskany z: thinkco.com
5. Gillespie, Claire. (11 kwietnia 2018). Jak działa kalorymetr? Nauka. Odzyskany z: sciencing.com