Recenzje

Filiżanka do kawy i kalorymetria bomb

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.

Kalorymetr na filiżankę kawy

Kalorymetr na filiżankę kawy to zasadniczo styropianowy (styropianowy) kubek z pokrywką. Kubek jest częściowo wypełniony znaną objętością wody, a termometr jest wkładany przez pokrywkę kubka, tak aby jego bańka znajdowała się poniżej powierzchni wody. Gdy w kalorymetrze filiżanki kawy zachodzi reakcja chemiczna, ciepło reakcji jest absorbowane przez wodę. Zmianę temperatury wody stosuje się do obliczenia ilości ciepła, które zostało pochłonięte (wykorzystane do wytworzenia produktów, więc temperatura wody spada) lub ewoluowało (straciło wodę, więc jej temperatura wzrasta) w reakcji.

Przepływ ciepła oblicza się na podstawie zależności:

q = (ciepło właściwe) x m x Δt

Gdzie q jest przepływem ciepła, m jest masą w gramach, a Δt 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).

Na przykład rozważmy reakcję chemiczną, która zachodzi w 200 gramach wody o początkowej temperaturze 25,0 C. Reakcja może przebiegać w kalorymetrze filiżanki kawy. W wyniku reakcji temperatura wody zmienia się na 31,0 C. Oblicza się przepływ ciepła:

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

qwoda = +5,0 x 103 jot

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

ΔHodczyn = - (qwoda)

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

Kalorymetr bomby

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 na filiżankę kawy nie może być również stosowany do reakcji w wysokiej temperaturze, ponieważ stopiłyby filiżankę. Kalorymetr bombowy służy do pomiaru przepływów ciepła dla gazów i reakcji w wysokiej temperaturze.

Kalorymetr bombowy działa w taki sam sposób, jak kalorymetr filiżanek, z jedną dużą różnicą: w kalorymetrze filiżanek reakcja zachodzi w wodzie, podczas gdy w kalorymetrze bombowym reakcja odbywa się w zamkniętym metalowym pojemniku, który umieszcza się w wodzie w izolowanym pojemniku. Przepływ ciepła z reakcji przepływa przez ściany szczelnie zamkniętego 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:

qodczyn = - (qwoda + qbomba)

gdzie qwoda = 4,18 J / (g · ° C) x mwoda 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. Przepływ ciepła bomby wynosi:

qbomba = 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.