Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Lämpömittarin toiminnot
- Erityyppiset kalorimetrit
- Kalorimetrin kalibrointi
- Kalorimetrian rajoitukset
Kemistien on usein tiedettävä, kuinka paljon lämpöenergiaa tietty reaktio vapauttaa tai imee. Tämä mittaus auttaa heitä ymmärtämään paremmin, miksi reaktio tapahtuu, ja auttaa heitä tekemään hyödyllisiä ennusteita. Lämpömittarit ovat instrumentteja, jotka mittaavat lämmön määrän, jonka sisältö vapauttaa tai absorboi reaktion aikana. On helppo tehdä yksinkertainen kalorimetri, mutta laboratorioissa käytetyt instrumentit ovat tyypillisesti tarkempia.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Lämpömittarien avulla voit mitata lämmön määrän reaktiossa. Niiden päärajoituksia ovat lämmön menettäminen ympäristölle ja epätasainen lämmitys.
Lämpömittarin toiminnot
Pohjimmiltaan kalorimetri mittaa lämpömittarin ja sen sisällön lämpötilan muutosta. Kalorimetrin kalibroinnin jälkeen kemistillä on jo numero, jota kutsutaan kalorimetrin vakiona, joka osoittaa kuinka paljon kalorimetrin lämpötila muuttuu lisätyn lämmön määrää kohti. Näiden tietojen ja reagenssien massan avulla kemisti voi määrittää, kuinka paljon lämpöä vapautuu tai imeytyy. On tärkeää, että kalorimetri minimoi lämpöhäviön nopeuden ulkopuolelle, koska nopea lämpöhäviö ympäröivään ilmaan vääristäisi tuloksia.
Erityyppiset kalorimetrit
On helppo tehdä yksinkertainen kalorimetri itse. Tarvitset kaksi Styrofoam-kahvikuppi, lämpömittari tai kansi. Tämä kahvikupin kalorimetri on yllättävän luotettava ja siten yleinen piirre kemian laboratorioissa. Fysikaalisen kemian laboratorioissa on hienostuneempia instrumentteja, kuten "pommin kalorimetrit". Näissä laitteissa reagenssit ovat suljetussa kammiossa, jota kutsutaan pommi. Sen jälkeen kun sähkö kipinä sytyttää ne, lämpötilan muutos auttaa määrittämään menetetyn tai saavutetun lämmön.
Kalorimetrin kalibrointi
Kalorimetrin kalibroimiseksi voit käyttää prosessia, joka siirtää tietyn määrän lämpöä, kuten mitata kuuman ja kylmän veden lämpötila. Voit esimerkiksi sekoittaa kylmää ja kuumaa vettä kahvikupin kalorimetriin. Seuraavaksi mitat lämpötilan ajan myötä ja käytät lineaarista regressiota kalorimetrin ja sen sisällön "lopullisen lämpötilan" laskemiseen. Kun kylmän veden tuottama lämpö vähennetään kuuman veden menettämästä lämmöstä, saadaan kalorimetrillä saatu lämpö. Jakamalla tämä luku kalorimetrin lämpötilan muutoksella saadaan sen kalorimetri vakiona, jota voit käyttää muissa kokeissa.
Kalorimetrian rajoitukset
Yksikään kalorimetri ei ole täydellinen, koska se voi menettää lämpöä ympäristöönsä. Vaikka laboratorioiden pommitalorimetrit ovat eristäneet minimoimaan nämä menetykset, kaikkia lämpöhäviöitä on mahdotonta pysäyttää. Lisäksi kalorimetrin reagensseja ei ehkä sekoiteta hyvin, mikä johtaa epätasaiseen kuumenemiseen ja toiseen mahdolliseen virhelähteeseen mittauksissa.
Mahdollisten virhelähteiden lisäksi toiseen rajoitukseen sisältyy sellaisia reaktioita, joita voit tutkia. Voit esimerkiksi haluta tietää, kuinka TNT: n hajoaminen vapauttaa lämpöä. Tällainen reaktio olisi mahdoton tutkia kahvikupin kalorimetrissä, ja se ei ehkä edes ole käytännöllinen pommin kalorimetrissä. Reaktio voi tapahtua vaihtoehtoisesti hyvin hitaasti, kuten raudan hapettuminen ruosteen muodostamiseksi. Tällainen reaktio olisi erittäin vaikea tutkia kalorimetrillä.