KALORIMETER: HISTÓRIA, ČASTI, TYPY A ICH VLASTNOSTI - CHÉMIA - 2026

Kalorimeter je zariadenie používané na meranie zmeny teploty množstva látky (zvyčajne voda) o známej merné teplo. Táto zmena teploty je spôsobená teplom absorbovaným alebo uvoľneným v študovanom procese; chemická látka, ak ide o reakciu, alebo fyzikálna, ak pozostáva z fázy alebo zmeny stavu.

V laboratóriu je najjednoduchším kalorimetrom, ktorý možno nájsť z kávového pohára. Používa sa na meranie tepla absorbovaného alebo uvoľneného pri reakcii pri konštantnom tlaku vo vodnom roztoku. Reakcie sa vyberajú tak, aby sa zabránilo zásahu činidiel alebo plynných produktov.

Zdroj: Ichwarsnur, z Wikimedia Commons Pri exotermickej reakcii sa môže množstvo uvoľneného tepla vypočítať zo zvýšenia teploty kalorimetra a vodného roztoku:

Množstvo tepla odovzdaného pri reakcii = množstvo tepla absorbovaného kalorimetrom + množstvo tepla absorbovaného roztokom

Množstvo tepla, ktoré kalorimeter absorbuje, sa nazýva tepelná kapacita kalorimetra. Toto je určené dodávaním známeho množstva tepla do kalorimetra danou hmotnosťou vody. Potom sa zmeria zvýšenie teploty kalorimetra a roztoku, ktorý obsahuje.

Na základe týchto údajov a použitia špecifického tepla vody (4,18 J / g.ºC) je možné vypočítať kalorickú kapacitu kalorimetra. Táto kapacita sa nazýva aj kalorimetrická konštanta.

Na druhej strane je teplo získané vodným roztokom rovnaké ako m · c · t. Vo vzorci m = hmotnosť vody, ce = merné teplo vody a Δt = kolísanie teploty. Po vedomí toho všetkého je možné vypočítať množstvo tepla uvoľneného exotermickou reakciou.

História kalorimetra

V roku 1780 francúzsky chemik AL Lavoisier, považovaný za jedného z otcov chémie, použil morča na meranie výroby tepla dýchaním.

Ako? Používanie zariadenia podobného kalorimetru. Teplo produkované morčaťom bolo dokázané topiacim sa snehom, ktorý obklopoval prístroj.

Vedci A. L Lavoisier (1743-1794) a PS Laplace (1749-1827) navrhli kalorimeter, ktorý sa použil na meranie špecifického tepla tela metódou topenia ľadu.

Kalorimeter pozostával z valcového lakovaného plechového pohárika, podopretého statívom a vnútorne zakončeného lievikom. Vo vnútri bolo umiestnené ďalšie sklo, podobne ako predchádzajúce, s rúrkou, ktorá prešla vonkajšou komorou a bola vybavená kľúčom. Vo vnútri druhého pohára bol stojan.

Na túto mriežku boli umiestnené bytosti alebo objekty, ktorých špecifické teplo sa malo určiť. Do sústredných pohárov bol vložený ľad, rovnako ako do koša.

Teplo produkované telom bolo absorbované ľadom, čo spôsobilo, že sa topil. A tekutý vodný produkt topenia ľadu sa pozbieral, čím sa otvoril vnútorný sklenený kľúč.

A nakoniec, s ťažkou vodou bola známa hmotnosť roztaveného ľadu.

časti

Najčastejšie používaným kalorimetrom vo výučbových laboratóriách chémie je takzvaný kalorimeter na šálky kávy. Tento kalorimeter pozostáva z kadičky alebo namiesto toho z nádoby z anime, ktorá má určité izolačné vlastnosti. Vo vnútri tejto nádoby je vodný roztok umiestnený s telom, ktoré bude produkovať alebo absorbovať teplo.

Veko vyrobené z izolačného materiálu s dvoma otvormi je umiestnené v hornej časti nádoby. Do jedného sa vkladá teplomer na meranie zmien teploty a do druhého sa mieša miešadlo, prednostne vyrobené zo skleneného materiálu, ktoré plní funkciu pohybu obsahu vodného roztoku.

Obrázok ukazuje časti kalorimetra bomby; je však zrejmé, že má teplomer a miešadlo, spoločné prvky v niekoľkých kalorimetroch.

Druhy a ich vlastnosti

Šálka ​​kávy

Je to ten, ktorý sa používa na stanovenie tepla uvoľneného exotermickou reakciou a teplo absorbované pri endotermickej reakcii.

Ďalej sa môže použiť na stanovenie špecifického tepla tela; to znamená množstvo tepla, ktoré gram látky potrebuje absorbovať, aby zvýšila teplotu o jeden stupeň Celzia. ,

Kalorimetrická bomba

Je to zariadenie, v ktorom sa meria množstvo tepla, ktoré sa uvoľňuje alebo absorbuje pri reakcii, ktorá sa vyskytuje pri konštantnom objeme.

Reakcia sa uskutočňuje v silnej oceľovej nádobe (čerpadlo), ktorá je ponorená do veľkého objemu vody. Tým sa udržiavajú malé zmeny teploty vody. Preto sa predpokladá, že zmeny spojené s reakciou sa merajú pri konštantnom objeme a teplote.

To naznačuje, že pri reakcii v kalorimetri bomby sa nevykonáva žiadna práca.

Reakcia sa začne dodávaním elektriny cez káble pripojené k čerpadlu.

Adiabatický kalorimeter

Vyznačuje sa izolačnou štruktúrou nazývanou štít. Štít je umiestnený okolo bunky, kde dochádza k zmenám tepla a teploty. Podobne je pripojený k elektronickému systému, ktorý udržuje svoju teplotu veľmi blízko teplote bunky, čím sa zabraňuje prenosu tepla.

V adiabatickom kalorimetri je minimalizovaný teplotný rozdiel medzi kalorimetrom a jeho okolím; ako aj minimalizáciu koeficientu prenosu tepla a času výmeny tepla.

Jeho časti sa skladajú z týchto častí:

- Bunka (alebo nádoba) integrovaná do izolačného systému, prostredníctvom ktorého sa snaží zabrániť tepelným stratám.

- Teplomer na meranie zmien teploty.

- Ohrievač, pripojený k regulovateľnému zdroju elektrického napätia.

-A štít, už spomínaný.

V tomto type kalorimetra je možné určiť vlastnosti ako entropia, Debyeho teplota a stavová hustota elektrónov.

Kalorimeter izoperibolu

Je to zariadenie, v ktorom sú reakčná bunka a čerpadlo ponorené do štruktúry nazývanej plášť. V tomto prípade takzvaný plášť pozostáva z vody udržiavanej na konštantnej teplote.

Teplota článku a čerpadla stúpajú, keď sa teplo uvoľňuje počas procesu spaľovania; Teplota vodného plášťa sa však udržuje na stálej teplote.

Mikroprocesor reguluje teplotu bunky a plášťa a robí potrebné korekcie únikového tepla, ktoré je výsledkom rozdielov medzi týmito dvoma teplotami.

Tieto korekcie sa vykonávajú nepretržite as konečnou korekciou na základe meraní pred a po teste.

Prietokový kalorimeter

Vyvinutý spoločnosťou Caliendar, má zariadenie na pohyb plynu v nádobe konštantnou rýchlosťou. Prídavkom tepla sa meria zvýšenie teploty v tekutine.

Prietokový kalorimeter sa vyznačuje:

- presné meranie rýchlosti konštantného prietoku.

- Presné meranie množstva tepla privádzaného do tekutiny pomocou ohrievača.

- Presné meranie zvýšenia teploty plynu spôsobeného vstupom energie

- Konštrukcia na meranie kapacity plynu pod tlakom.

Kalorimeter pre diferenciálnu skenovaciu kalorimetriu

Vyznačuje sa dvoma nádobami: do jednej sa umiestni skúmaná vzorka, zatiaľ čo druhá sa ponechá prázdna alebo sa použije referenčný materiál.

Obidve nádoby sa zohrievajú konštantnou rýchlosťou energie pomocou dvoch nezávislých ohrievačov. Keď sa tieto dve nádoby začnú zohrievať, počítač zakreslí rozdiel v tepelnom toku ohrievačov oproti teplote, čím sa určí tepelný tok.

Ďalej je možné určiť zmenu teploty ako funkciu času; a nakoniec kalorická kapacita.

aplikácia

Vo fyzikochémii

- Základné kalorimetre, typ šálky kávy, umožňujú zmerať množstvo tepla, ktoré telo vydáva alebo absorbuje. V nich môžete určiť, či je reakcia exotermická alebo endotermická. Ďalej je možné určiť špecifickú teplotu tela.

- Adiabatickým kalorimetrom bolo možné určiť entropiu chemického procesu a elektronickú hustotu štátu.

V biologických systémoch

- mikrokalorimetre sa používajú na štúdium biologických systémov, ktoré zahŕňajú interakcie medzi molekulami, ako aj zmeny molekulárnych konformácií, ktoré sa vyskytujú; napríklad pri rozvíjaní molekuly. Riadok obsahuje diferenciálne skenovanie a izotermálnu titráciu.

- Mikrokalorimeter sa používa na vývoj liekov s malou molekulou, bioterapeutík a vakcín.

Kalorimeter kyslíkovej pumpy a kalorická energia

V kalorimetri kyslíkovej bomby dochádza k spaľovaniu mnohých látok a je možné určiť jej kalorickú hodnotu. Medzi látky študované pomocou tohto kalorimetra patria: uhlie a koks; jedlé oleje, ťažké a ľahké; benzín a všetky motorové palivá.

Ako aj druhy palív pre lietadlá; odpadové palivo a likvidácia odpadu; Potravinové výrobky a doplnky pre výživu ľudí; krmoviny a doplnky do krmív pre zvieratá; Konštrukčné materiály; raketové palivá a palivá.

Podobne sa kalorická energia stanovila kalorimetriou v termodynamických štúdiách horľavých materiálov; pri štúdiu energetickej bilancie v ekológii; vo výbušninách a tepelných práškoch a vo výučbe základných termodynamických metód.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). Adiabatická kalorimetria a jej aplikácie. Získané z: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Kalorimeter. Obnovené z: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. júna 2018). Definícia kalorimetra v chémii. Získané z: thinkco.com
5. Gillespie, Claire. (11. apríla 2018). Ako funguje kalorimeter? Sciencing. Obnovené z: sciencing.com