Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- Funktioner af et kalorimeter
- Forskellige typer kalorimetre
- Kalibrering af et kalorimeter
- Begrænsninger af kalorimetri
Kemikere har ofte brug for at vide, hvor meget varmeenergi en bestemt reaktion frigiver eller absorberer. Denne måling hjælper dem med at forstå mere om, hvorfor reaktionen finder sted, og hjælper dem med at komme med nyttige forudsigelser. Kalorimetre er instrumenter, der måler den mængde varme, der frigives eller absorberes af indholdet under en reaktion. Det er nemt at fremstille et enkelt kalorimeter, men de instrumenter, der bruges i laboratorier, er typisk mere præcise.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Kalorimetre lader dig måle mængden af varme i en reaktion. Deres vigtigste begrænsninger er at miste varme til miljøet og ujævn opvarmning.
Funktioner af et kalorimeter
Grundlæggende måler et kalorimeter ændringen i kalorimeterets temperatur og dens indhold. Efter kalorimeterkalibreringen vil kemikeren allerede have et tal kaldet kalorimeterkonstanten, som viser hvor meget temperaturen på kalorimetret ændrer sig pr. Mængde tilsat varme. Ved hjælp af denne information og reaktantmassen kan kemneren bestemme, hvor meget varme der frigøres eller absorberes. Det er vigtigt, at kalorimeteret minimerer hastigheden for varmetab til ydersiden, da hurtigt varmetab til den omgivende luft vil skjule resultaterne.
Forskellige typer kalorimetre
Det er nemt at fremstille et simpelt kalorimeter selv. Du har brug for to Styrofoam kaffekopper, et termometer eller et låg. Dette kaffekopp-kalorimeter er overraskende pålideligt og er derfor et almindeligt træk ved undervisning i kemilaboratorier. Fysisk-kemi-laboratorier har mere sofistikerede instrumenter, såsom "bombekalorimeter." I disse enheder er reaktanterne i et forseglet kammer, der kaldes bomben. Når en elektrisk gnist antænder dem, hjælper ændringen i temperatur med at bestemme den tabte eller opnåede varme.
Kalibrering af et kalorimeter
For at kalibrere et kalorimeter kan du bruge en proces, der overfører en kendt mængde varme, f.eks. Måling af temperaturen på noget varmt og koldt vand. For eksempel kan du blande koldt og varmt vand i dit kaffekop-kalorimeter. Derefter måler du temperaturen over tid og bruger lineær regression til at beregne den "endelige temperatur" på kalorimeteret og dets indhold. Ved at trække den varme, der er opnået ved det kolde vand, fra den varme, der mistes af det varme vand, opnås den varme, der er opnået ved kalorimeteret. Opdelingen af dette tal ved temperaturændringen på kalorimeteret giver dets kalorimeter konstant, som du kan bruge i andre eksperimenter.
Begrænsninger af kalorimetri
Intet kalorimeter er perfekt, fordi det kan miste varmen til omgivelserne. Selvom bomberkalorimeter i laboratorier har isolering for at minimere disse tab, er det umuligt at stoppe alt varmetab. Derudover er reaktanterne i kalorimeteret muligvis ikke blandet godt, hvilket fører til ujævn opvarmning og en anden mulig fejlkilde i dine målinger.
Bortset fra mulige fejlkilder involverer en anden begrænsning de slags reaktioner, du kan studere. For eksempel vil du måske vide, hvordan nedbrydningen af TNT frigiver varme. Denne form for reaktion ville være umulig at studere i et kaffekop-kalorimeter og er måske ikke engang praktisk i en bombe-kalorimeter. Alternativt kan en reaktion finde sted meget langsomt, såsom oxidation af jern til dannelse af rust. Denne type reaktion ville være meget vanskelig at studere med et kalorimeter.