Filiżanka do kawy i kalorymetria bomb

Kalorymetr to urządzenie służące do pomiaru wielkości przepływu ciepła w reakcji chemicznej. Dwa najbardziej popularne rodzaje kalorymetrów to kalorymetr na filiżankę kawy i kalorymetr bombowy.

Filiżanka kawy kalorymetr jest zasadniczo filiżanką ze styropianu (styropianu) z pokrywką. Kubek jest częściowo wypełniony znaną objętością wody, a termometr jest wkładany przez pokrywkę kubka, tak aby jego bańka znajdowała się pod powierzchnią wody. Kiedy w kalorymetrze filiżanki kawy zachodzi reakcja chemiczna, ciepło reakcji pochłania woda. Zmiana temperatury wody służy do obliczenia ilości ciepła, które zostało zaabsorbowane (wykorzystane do wytworzenia produkty, więc temperatura wody spada) lub ewoluowała (zagubiona w wodzie, więc jej temperatura wzrasta) w odczyn.

Przepływ ciepła oblicza się na podstawie zależności:

q = (ciepło właściwe) x m x Δt

Gdzie q jest przepływem ciepła, m jest masa w gramach, a ist jest zmianą temperatury. Ciepło właściwe to ilość ciepła wymagana do podniesienia temperatury 1 grama substancji o 1 stopień Celsjusza. Ciepło właściwe wody wynosi 4,18 J / (g · ° C).

Weźmy na przykład reakcję chemiczną, która zachodzi w 200 gramach wody przy początkowej temperaturze 25,0 C. Reakcja może zachodzić w kalorymetrze filiżanki kawy. W wyniku reakcji temperatura wody zmienia się na 31,0 C. Przepływ ciepła jest obliczany:

q_woda = 4,18 J / (g · ° C) x 200 g x (31,0 C - 25,0 C)

q_woda = +5,0 x 10³ jot

Produkty reakcji wytworzyły 5000 J ciepła, które zostało utracone do wody. The zmiana entalpii, ΔH, ponieważ reakcja jest równa wielkości, ale przeciwna do znaku przepływu ciepła dla wody:

ΔH_odczyn = - (q_woda)

Przypomnijmy, że dla reakcji egzotermicznej ΔH <0, q_woda jest pozytywny. Woda pochłania ciepło z reakcji i obserwuje się wzrost temperatury. Dla reakcji endotermicznej H> 0, q_woda jest ujemny. Woda dostarcza ciepło do reakcji i widać spadek temperatury.

Kalorymetr na filiżankę kawy doskonale nadaje się do pomiaru przepływu ciepła w roztworze, ale nie można go stosować do reakcji z udziałem gazów, ponieważ uciekłyby z filiżanki. Kalorymetr do filiżanki kawy nie może być również stosowany do reakcji w wysokiej temperaturze, ponieważ stopiłyby one filiżankę. Kalorymetr bombowy służy do pomiaru przepływów ciepła dla gazów i reakcji w wysokiej temperaturze.

Kalorymetr z bombą działa w taki sam sposób jak kalorymetr z filiżanką kawy, z jedną dużą różnicą: w kalorymetrze z filiżanką kawy zachodzi reakcja w wodzie, w kalorymetrze bombowym, reakcja zachodzi w szczelnie zamkniętym metalowym pojemniku, który umieszcza się w wodzie w izolowanym pojemniku. Przepływ ciepła z reakcji przepływa przez ściany szczelnego pojemnika do wody. Mierzona jest różnica temperatur wody, podobnie jak w przypadku kalorymetru filiżanki kawy. Analiza przepływu ciepła jest nieco bardziej złożona niż w przypadku kalorymetru filiżanki kawy, ponieważ należy wziąć pod uwagę przepływ ciepła do metalowych części kalorymetru:

q_odczyn = - (q_woda + q_bomba)

gdzie q_woda = 4,18 J / (g · ° C) x m_woda x Δt

Bomba ma stałą masę i ciepło właściwe. Masa bomby pomnożona przez ciepło właściwe jest czasem określana jako stała kalorymetru, oznaczona symbolem C z jednostkami dżuli na stopień Celsjusza. Stała kalorymetru jest ustalana eksperymentalnie i będzie się zmieniać w zależności od kalorymetru. The Przepływ ciepła bomby to:

q_bomba = C x Δt

Po poznaniu stałej kalorymetru obliczenie przepływu ciepła jest prostą sprawą. Ciśnienie w kalorymetrze bomby często zmienia się podczas reakcji, więc przepływ ciepła może nie być równy pod względem wielkości entalpii.