Šalica kave i kalorimetrija bombi

Kalorimetar je uređaj koji se koristi za mjerenje količine toplinskog toka u kemijskoj reakciji. Dvije najčešće kalorimetre su kalorimetri za šalicu kave i kalorimetri za kavu.

Šalica kave kalorimetar u osnovi je čaša od stiropora (stiropora) s poklopcem. Šalica je djelomično napunjena poznatim volumenom vode, a termometar se umetne kroz poklopac čaše tako da se njegova žarulja nalazi ispod vodene površine. Kada se dogodi kemijska reakcija u kalorimetru šalice kave, toplinu reakcije apsorbira voda. Promjena temperature vode koristi se za izračunavanje količine topline koja je apsorbirana (korištena za izradu proizvoda, tako da temperatura vode opada) ili se razvijala (gubila je voda, pa se i njena temperatura povećava) u reakcija.

Protok topline izračunava se korištenjem relacije:

q = (specifična toplina) x m x Δt

Gdje je q protok topline, m je masa u gramima, a Δt je promjena temperature. Specifična toplina je količina topline potrebne za podizanje temperature 1 gram tvari 1 stupanj Celzijusa. Specifična toplina vode je 4,18 J / (g · ° C).

Na primjer, razmislite o kemijskoj reakciji koja se događa u 200 grama vode s početnom temperaturom od 25,0 C. Reakcija se pusti u kalorimetru u čašici za kavu. Kao rezultat reakcije temperatura vode se mijenja na 31,0 C. Tok topline izračunava se:

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

q_voda = +5,0 x 10³ J

Proizvodi reakcije razvijali su 5000 J topline koja je izgubljena u vodi. promjena entalpije, ΔH, jer je reakcija jednaka po veličini, ali su suprotno znaku protoka topline za vodu:

* H_reakcija = - (q_voda)

Podsjetimo da je za egzotermnu reakciju ΔH <0, q_voda je pozitivan. Voda apsorbira toplinu iz reakcije i vidi se porast temperature. Za endotermičku reakciju, ΔH> 0, q_voda je negativan. Voda isporučuje toplinu za reakciju i vidi se smanjenje temperature.

Kalorimetar za šalicu kave odličan je za mjerenje protoka topline u otopini, ali ne može se koristiti za reakcije koje uključuju plinove jer bi pobjegli iz šalice. Kalorimetar šalice za kavu ne može se upotrijebiti niti za reakcije na visoku temperaturu jer bi rastopio šalicu. Bombni kalorimetar koristi se za mjerenje toplinskih protoka za plinove i reakcije na visoku temperaturu.

Kalorimetar bombe djeluje na isti način kao što je kalorimetar za šalicu kave, s jednom velikom razlikom: U kalorimetru u šalici kave odvija se reakcija u vodi, dok je u kalorimetru s bombom, reakcija se odvija u nepropusnom metalnom spremniku koji je stavljen u vodu u izolirani spremnik. Tok topline iz reakcije prelazi preko zidova zatvorenog spremnika u vodu. Mjeri se temperaturna razlika vode, baš kao što je to bio kalorimetar za šalicu kave. Analiza toplinskog toka malo je složenija nego što je bila kalorimetar za šalicu kave jer se mora uzeti u obzir protok topline u metalnim dijelovima kalorimetra:

q_reakcija = - (q_voda + q_bomba)

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

Bomba ima fiksnu masu i specifičnu toplinu. Masa bombe pomnožena s njezinom specifičnom toplinom ponekad se naziva konstanta kalorimetra, označena simbolom C jedinicama joula po stupnju Celzijusa. Koncentracija kalorimetra određuje se eksperimentalno i varira od jednog kalorimetra do drugog. protok topline od bombe je:

q_bomba = C x Δt

Jednom kada se spozna konstanta kalorimetra, izračunavanje toplotnog protoka je jednostavna stvar. Tlak unutar kalorimetra bombe često se mijenja tijekom reakcije, tako da protok topline možda nije jednak po veličini s promjenom entalpije.