Šálka ​​kávy a kalorimetria bomby

Kalorimeter je zariadenie používané na meranie množstva tepelného toku pri chemickej reakcii. Dva z najbežnejších typov kalorimetrov sú kalorimeter šálky kávy a kalorimeter bomby.

Šálka ​​kávy kalorimeter je v podstate polystyrénový (polystyrénový) pohár s vekom. Pohár je čiastočne naplnený známym objemom vody a cez veko pohárika je vložený teplomer, takže jeho banka je pod hladinou vody. Ak dôjde k chemickej reakcii v kalorimetri šálky kávy, teplo reakcie sa absorbuje vodou. Zmena teploty vody sa používa na výpočet množstva absorbovaného tepla (použité na výrobu) produkty, takže teplota vody klesá) alebo sa vyvinula (stratila sa na vode, takže sa zvýšila jej teplota) v USA reakcie.

Prietok tepla sa počíta pomocou vzťahu:

q = (merné teplo) x m x Δt

Ak q je tepelný tok, m je hmotnosť v gramocha Δt je zmena teploty. Merné teplo je množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty 1 gramu látky o 1 stupeň Celzia. Merné teplo vody je 4,18 J / (g · ° C).

Napríklad zvážte chemickú reakciu, ktorá sa vyskytuje v 200 gramoch vody s počiatočnou teplotou 25,0 ° C. Reakcia sa nechá prebiehať v kalorimetri šálky kávy. V dôsledku reakcie sa teplota vody zmení na 31,0 ° C. Tepelný tok sa počíta:

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

q_voda = +5,0 x 10³ J

V produktoch reakcie sa uvoľnilo 5 000 J tepla, ktoré sa stratilo vo vode. zmena entalpie, ΔH, pre reakciu je rovnaká vo veľkosti, ale opačne v znamení toku tepla pre vodu:

AH_reakcie = - (q_voda)

Pripomeňme, že pre exotermickú reakciu je AH <0, q_voda je pozitívny. Voda absorbuje teplo z reakcie a pozoruje sa zvýšenie teploty. Pre endotermickú reakciu AH> 0, q_voda je negatívny. Voda dodáva teplo pre reakciu a je vidieť pokles teploty.

Kalorimeter na šálku kávy je vynikajúci na meranie toku tepla v roztoku, nemožno ho však použiť na reakcie, pri ktorých sa vyskytujú plyny, pretože by unikli z šálky. Kalorimeter šálky kávy nemožno použiť ani na vysokoteplotné reakcie, pretože by šálku rozpustili. Kalorimeter bomby sa používa na meranie tepelných tokov plynov a reakcií pri vysokej teplote.

Kalorimeter bomby pracuje rovnakým spôsobom ako kalorimeter šálky kávy, s jedným veľkým rozdielom: V kalorimetri šálky kávy prebieha reakcia vo vode, zatiaľ čo v kalorimetri bomby, sa reakcia uskutočňuje v utesnenom kovovom obale, ktorý sa umiestni do vody v izolovanom obale. Tok tepla z reakcie prechádza cez steny utesnenej nádoby do vody. Rozmer teploty sa meria rovnako ako pri kalorimetri šálky kávy. Analýza tepelného toku je o niečo zložitejšia ako v prípade kalorimetra šálky kávy, pretože je potrebné zohľadniť tok tepla do kovových častí kalorimetra:

q_reakcie = - (q_voda + q_bomba)

kde q_voda = 4,18 J / (g · ° C) x m_voda x Δt

Bomba má pevnú hmotnosť a špecifické teplo. Hmotnosť bomby vynásobená jej špecifickým teplom sa niekedy nazýva kalorimetrická konštanta označená symbolom C jednotkami joulov na stupeň Celzia. Konštanta kalorimetra je stanovená experimentálne a bude sa líšiť od jedného kalorimetra k nasledujúcemu. tepelný tok bomby je:

q_bomba = C x At

Keď je známa kalorimetrická konštanta, výpočet tepelného toku je jednoduchá záležitosť. Tlak v kalorimetri bomby sa často počas reakcie mení, takže tok tepla nemusí byť rovnaký ako zmena entalpie.