Kohvitass ja pommi kalorimeetria

Kalorimeeter on seade, mida kasutatakse soojusvoo suuruse mõõtmiseks keemilises reaktsioonis. Kaks kõige levinumat kalorimeetri tüüpi on kohvitassi kalorimeeter ja pommi kalorimeeter.

Kohvitass kalorimeeter on sisuliselt kaanega polüstüreenist (vahtpolüstürool) tass. Tass täidetakse osaliselt teada oleva koguse veega ja läbi tassi kaane sisestatakse termomeeter nii, et selle pirn on veepinnast allpool. Kui kohvitopsi kalorimeetris toimub keemiline reaktsioon, neelab vesi reaktsiooni kuumuse. Veetemperatuuri muutust kasutatakse neeldunud soojushulga arvutamiseks (mida kasutatakse vee soojendamiseks) tooted, nii et vee temperatuur väheneb) või arenenud (kaotas vee, nii et selle temperatuur tõuseb) reaktsioon.

Soojusvoog arvutatakse järgmise suhte abil:

q = (erisoojus) x m x Δt

Kus q on soojusvoog, m on mass grammidesja Δt on temperatuuri muutus. Erisoojus on soojushulk, mis on vajalik 1 grammi aine temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi Celsiuse järgi. Vee erisoojus on 4,18 J / (g ° ° C).

Näiteks kaaluge keemilist reaktsiooni, mis toimub 200 grammis vees algtemperatuuriga 25,0 C. Reaktsioonil lastakse kulgeda kohvitopsi kalorimeetris. Reaktsiooni tulemusel muutub vee temperatuur 31,0 ° C-ni. Soojusvoog arvutatakse:

q_vesi = 4,18 J / (g ° C) x 200 g x (31,0–25,0 ° C)

q_vesi = +5,0 x 10³ J

Reaktsiooni produktid eraldasid 5000 J soojust, mis kaotas vette. entalpia muutus, ΔH, reaktsiooni jaoks on suurusjärk võrdne, kuid vee soojusvoolule vastavas märgis:

AH_reaktsioon = - (q_vesi)

Tuletame meelde, et eksotermilise reaktsiooni korral ΔH <0, q_vesi on positiivne. Vesi neelab reaktsioonist soojust ja on näha temperatuuri tõusu. Endotermilise reaktsiooni korral ΔH> 0, q_vesi on negatiivne. Vesi varustab reaktsiooni jaoks soojust ja on näha temperatuuri langust.

Kohvitassi kalorimeeter sobib suurepäraselt soojusvoo mõõtmiseks lahuses, kuid seda ei saa kasutada gaasidega seotud reaktsioonide jaoks, kuna need väljuksid tassist. Kohvitassi kalorimeetrit ei saa kasutada ka kõrge temperatuuriga reaktsioonideks, kuna need sulataksid tassi. Pomm kalorimeetrit kasutatakse gaaside ja kõrgel temperatuuril toimuvate soojusvoogude mõõtmiseks.

Pommi kalorimeeter töötab samamoodi nagu kohvitassi kalorimeeter, millel on üks suur erinevus: kohvitassi kalorimeetris toimub reaktsioon vees, samal ajal kui pomm kalorimeeter, toimub reaktsioon suletud metallmahutis, mis asetatakse vette isoleeritud mahutisse. Soojusvoog reaktsioonist ületab suletud anuma seinad vette. Mõõdetakse vee temperatuuri erinevust, nagu see oli kohvitassi kalorimeetri puhul. Soojusvoogude analüüs on natuke keerukam kui kohvitassi kalorimeetri puhul, kuna tuleb arvestada soojusvoogu kalorimeetri metallosadesse:

q_reaktsioon = - (q_vesi + q_pomm)

kus q_vesi = 4,18 J / (g ° °) x m_vesi x Δt

Pommil on kindel mass ja spetsiifiline kuumus. Pommi massi, mis on korrutatud selle spetsiifilise kuumusega, nimetatakse mõnikord kalorimeetri konstandiks, mida tähistatakse sümboliga C džoulide ühikutega Celsiuse kraadi kohta. Kalorimeetri konstant määratakse eksperimentaalselt ja see varieerub kalorimeetrist teise. soojusvoog pomm on:

q_pomm = C x Δt

Kui kalorimeetri konstant on teada, on soojusvoo arvutamine lihtne. Rõhk pommi kalorimeetris muutub reaktsiooni ajal sageli, seetõttu ei pruugi soojusvoog olla entalpia muutusega võrdses suurusjärgus.