Калориметр - это устройство, используемое для измерения количества теплового потока в химической реакции. Двумя наиболее распространенными типами калориметров являются калориметр с чашкой кофе и калориметр с бомбой.
Кофейная чашка калориметр
Кофейная чашка калориметр по существу полистирол (пенополистирол) чашка с крышкой. Чашка частично заполнена известным объемом воды, и термометр вставлен через крышку чашки так, чтобы ее шарик находился ниже поверхности воды. Когда в калориметре кофейной чашки происходит химическая реакция, тепло реакции поглощается водой. Изменение температуры воды используется для расчета количества тепла, которое было поглощено (используется для продуктов, поэтому температура воды снижается) или выделяется (теряется в воде, поэтому ее температура увеличивается) в реакция.
Тепловой поток рассчитывается по соотношению:
q = (удельная теплоемкость) x m x Δt
Где q - тепловой поток, m - масса в граммахи Δt - изменение температуры. Удельная теплоемкость - это количество тепла, необходимое для повышения температуры на 1 грамм вещества на 1 градус Цельсия. Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж / (г · ° С).
Например, рассмотрим химическую реакцию, которая происходит в 200 граммах воды с начальной температурой 25,0 С. Реакции позволяют протекать в калориметре кофейной чашки. В результате реакции температура воды изменяется до 31,0 С. Тепловой поток рассчитывается:
Qводы = 4,18 Дж / (г · ° С) х 200 г х (31,0 С - 25,0 С)
Qводы = +5,0 х 103 J
Продукты реакции выделяют 5000 Дж тепла, которое теряется в воде. изменение энтальпии, H, для реакции равна по величине, но противоположна по знаку тепловому потоку для воды:
& delta; Hреакция = - (qводы)
Напомним, что для экзотермической реакции ΔH <0, qводы положительно. Вода поглощает тепло от реакции, и наблюдается повышение температуры. Для эндотермической реакции ΔH> 0, qводы отрицательно. Вода подает тепло для реакции, и наблюдается снижение температуры.
Бомбовый калориметр
Калориметр с чашкой для кофе отлично подходит для измерения теплового потока в растворе, но его нельзя использовать для реакций, в которых участвуют газы, поскольку они выходят из чашки. Калориметр кофейной чашки также нельзя использовать для высокотемпературных реакций, потому что они могут расплавить чашку. Калориметр бомбы используется для измерения тепловых потоков для газов и высокотемпературных реакций.
Калориметр с бомбой работает так же, как калориметр с кофейной чашкой, с одной большой разницей: в калориметре с кофейной чашкой происходит реакция в воде, в то время как в калориметре бомбы, реакция происходит в запечатанном металлическом контейнере, который помещен в воду в изолированном контейнере. Тепловой поток от реакции пересекает стенки герметичного контейнера с водой. Разность температур воды измеряется так же, как и для калориметра кофейной чашки. Анализ теплового потока немного сложнее, чем для калориметра кофейной чашки, потому что тепловой поток в металлические части калориметра должен быть принят во внимание:
Qреакция = - (qводы + qбомбить)
где дводы = 4,18 Дж / (г · ° С) х мводы x Δt
Бомба имеет фиксированную массу и удельную теплоемкость. Массу бомбы, умноженную на ее удельную теплоемкость, иногда называют постоянной калориметра, обозначаемой символом C с единицами джоулей на градус Цельсия. Константа калориметра определяется экспериментально и будет варьироваться от одного калориметра к следующему. тепловой поток из бомбы есть:
Qбомбить = C x Δt
Как только постоянная калориметра известна, вычисление теплового потока является простым делом. Давление внутри калориметра бомбы часто изменяется во время реакции, поэтому тепловой поток не может быть равен по величине изменению энтальпии.