KALORIMETER: ZGODOVINA, DELI, VRSTE IN NJIHOVE ZNAČILNOSTI - KEMIJA - 2026

Kalorimeter je naprava za merjenje spremembe temperature neke količine snovi (običajno vodnem) z znano specifično toploto. Ta sprememba temperature je posledica toplote, ki se absorbira ali sprošča v procesu, ki se preučuje; kemična, če je reakcija, ali fizikalna, če je sestavljena iz spremembe faze ali stanja.

V laboratoriju je najpreprostejši kalorimeter, ki ga lahko najdemo, tisti iz kave. Uporablja se za merjenje toplote, absorbirane ali sproščene v reakciji s konstantnim tlakom, v vodni raztopini. Reakcije so izbrane tako, da se prepreči poseg reagentov ali plinastih produktov.

Vir: Avtor Ichwarsnur, Wikimedia Commons V eksotermični reakciji je mogoče količino sproščene toplote izračunati iz povišanja temperature kalorimetra in vodne raztopine:

Količina toplote, oddane v reakciji = količina toplote, ki jo absorbira kalorimeter + količina toplote, ki jo absorbira raztopina

Količino toplote, ki jo absorbira kalorimeter, imenujemo kalorimetrska toplotna zmogljivost. To se določi z dobavo znane količine toplote kalorimetru z dano maso vode. Nato se izmeri dvig temperature kalorimetra in raztopine, ki jo vsebuje.

S temi podatki in uporabo specifične toplote vode (4,18 J / g.ºC) je mogoče izračunati kalorično zmogljivost kalorimetra. To zmogljivost imenujemo tudi kalorimetrska konstanta.

Po drugi strani je toplota, pridobljena z vodno raztopino, enaka m · ce · Δt. V formuli m = masa vode, ce = specifična toplota vode in Δt = temperaturno nihanje. Če poznamo vse to, lahko nato izračunamo količino toplote, ki jo sprosti eksotermična reakcija.

Zgodovina kalorimetra

Leta 1780 je francoski kemik AL Lavoisier, ki velja za enega od očetov kemije, uporabil morskega prašička za merjenje proizvodnje toplote s svojim dihanjem.

Kako? Uporaba naprave, podobne kalorimetru. Toploto, ki jo je povzročil morski prašič, je dokazoval talil sneg, ki je obkroval aparat.

Raziskovalca A. L Lavoisier (1743-1794) in PS Laplace (1749-1827) sta zasnovala kalorimeter, ki je bil uporabljen za merjenje specifične toplote telesa s pomočjo metode taljenja ledu.

Kalorimeter je bil sestavljen iz valjaste lakirane skodelice iz kositra, podprte s stativom in notranje zaključene z lijakom. V notranjosti je bil postavljen drug kozarec, podoben prejšnjemu, s cevjo, ki je šla skozi zunanjo komoro in je bila opremljena s ključem. Znotraj drugega kozarca je bilo stojalo.

Na to omrežje je bilo postavljeno bitje ali predmet, katerega specifično toploto je bilo treba določiti. Led je bil postavljen znotraj koncentričnih kozarcev, kot v košaro.

Vročina, ki jo je proizvajalo telo, je absorbirala led, zaradi česar se je talil. In tekoči vodni produkt taljenja ledu se je zbral in odprl notranji stekleni ključ.

In končno, po vodi, težki, se je poznala masa staljenega ledu.

Deli

Najpogosteje uporabljeni kalorimeter v laboratorijih za poučevanje kemije je tako imenovani kalorimeter za kavne skodelice. Ta kalorimeter je sestavljen iz čaše ali namesto posode iz anime materiala, ki ima določene izolacijske lastnosti. Znotraj te posode se vodna raztopina postavi skupaj s telesom, ki bo proizvajalo ali absorbiralo toploto.

Na zgornjem delu posode je nameščen pokrov iz izolacijskega materiala z dvema luknjama. V eni je vstavljen termometer za merjenje temperaturnih sprememb, v drugi pa mešalnik, po možnosti iz steklenega materiala, ki izpolnjuje funkcijo premikanja vsebnosti vodne raztopine.

Slika prikazuje dele kalorimetra bombe; vendar je razvidno, da ima termometer in mešalnik skupne elemente v več kalorimetrih.

Vrste in njihove značilnosti

Skodelica kave

To je tista, ki se uporablja za določanje toplote, ki se sprošča z eksotermično reakcijo, in toplote, ki jo absorbira v endotermični reakciji.

Poleg tega se lahko uporablja za določanje specifične toplote telesa; to je količina toplote, ki jo mora gram snovi absorbirati, da zviša svojo temperaturo za eno stopinjo Celzija. .

Kalorimetrična bomba

Gre za napravo, v kateri se meri količina toplote, ki se oddaja ali absorbira v reakciji, ki nastane pri konstantni prostornini.

Reakcija poteka v močni jekleni posodi (črpalki), ki je potopljena v veliko količino vode. Zaradi tega so temperature vode majhne. Zato se domneva, da se spremembe, povezane z reakcijo, merijo s konstantno prostornino in temperaturo.

To kaže, da pri kalorimetru z bombo ni opravljeno nobeno delo.

Reakcija se začne z dobavo električne energije preko kablov, priključenih na črpalko.

Adiabatski kalorimeter

Zanj je značilno, da ima izolacijsko konstrukcijo, imenovano ščit. Ščit je nameščen okoli celice, kjer pride do temperaturnih in temperaturnih sprememb. Prav tako je povezan z elektronskim sistemom, ki ohranja svojo temperaturo zelo blizu temperature celice, s čimer se izogne ​​prenosu toplote.

V adiabatskem kalorimetru je temperaturna razlika med kalorimetrom in okolico zmanjšana; kot tudi zmanjšanje koeficienta prenosa toplote in časa za izmenjavo toplote.

Njeni deli so sestavljeni iz:

- Celica (ali posoda), integrirana v izolacijski sistem, s katerim se poskuša izogniti toplotnim izgubam.

- Termometer za merjenje temperaturnih sprememb.

- Grelnik, priključen na nadzorovan vir električne napetosti.

-In že omenjeni ščit.

V tej vrsti kalorimetra lahko določimo lastnosti, kot so entropija, temperatura Debyeja in gostota elektronov stanja.

Kalorimeter izoperibol

Gre za napravo, v kateri sta reakcijska celica in črpalka potopljena v strukturo, imenovano plašč. V tem primeru je tako imenovana jakna sestavljena iz vode, ki jo vzdržujemo pri konstantni temperaturi.

Temperatura celice in črpalka naraščata, ko se med zgorevanjem sprošča toplota; Toda temperatura vodne jakne se ohranja na fiksni temperaturi.

Mikroprocesor nadzoruje temperaturo celice in plašča, s čimer popravi toploto puščanja, ki je posledica razlik med obema temperaturama.

Ti popravki se uporabljajo neprekinjeno in s končnim popravkom na podlagi meritev pred preskusom in po njem.

Pretočni kalorimeter

Razvil jih je Caliendar, ima napravo za premikanje plina v posodi s konstantno hitrostjo. Z dodajanjem toplote merimo zvišanje temperature v tekočini.

Za pretočni kalorimeter je značilno:

- Natančno merjenje hitrosti konstantnega pretoka.

- Natančno merjenje količine toplote, vnesene v tekočino skozi grelec.

- Natančno merjenje povečanja temperature plina zaradi vnosa energije

- načrt za merjenje zmogljivosti plina pod tlakom.

Kalorimeter za diferencialno skeniranje kalorimetrije

Zanj je značilno, da imata dve posodi: v eno se postavi vzorec, ki ga je treba preučiti, v drugi pa ostane prazen ali se uporabi referenčni material.

Obe posodi segrevata s konstantno hitrostjo energije s pomočjo dveh neodvisnih grelnikov. Ko se obe posodi začneta segrevati, bo računalnik narisal razliko toplotnega toka grelcev glede na temperaturo in tako določil toplotni tok.

Poleg tega lahko določimo odstopanje temperature kot funkcijo vremena; in na koncu kalorična zmogljivost.

Prijave

V fizikokemiji

- Osnovni kalorimetri, vrsta skodelice za kavo, omogočajo merjenje količine toplote, ki jo telo oddaja ali absorbira. V njih lahko ugotovite, ali je reakcija eksotermična ali endotermična. Poleg tega je mogoče določiti specifično toploto telesa.

-Z adiabatnim kalorimetrom je mogoče določiti entropijo kemičnega procesa in elektronsko gostoto stanja.

V bioloških sistemih

-Mikrokalorimetri se uporabljajo za preučevanje bioloških sistemov, ki vključujejo medsebojno delovanje molekul, pa tudi spremembe molekularne konformacije, ki se pojavijo; na primer pri odvijanju molekule. Linija vključuje diferencialno skeniranje in izotermalno titracijo.

-Mikrokalorimeter se uporablja pri razvoju drog z majhnimi molekulami, bioterapevtikov in cepiv.

Kalorimeter in kalorična moč črpalke za kisik

V kalorimetru s kisikovo bombo pride do zgorevanja številnih snovi in ​​določimo njegovo kalorično vrednost. Med snovmi, preučenimi z uporabo tega kalorimetra, so: premog in koks; jedilna olja, težka in lahka; bencin in vsa pogonska goriva.

Kot tudi vrste goriv za zrakoplove; odstranjevanje odpadnih goriv in odpadkov; prehrambeni izdelki in dodatki za prehrano ljudi; krmne kulture in dodatki za krmo za živali; Gradbeni materiali; raketna goriva in pogonska goriva.

Kalorična moč je bila določena tudi s kalorimetrijo v termodinamičnih študijah gorljivih materialov; pri preučevanju energetske bilance v ekologiji; v eksplozivih in toplotnih praških ter pri poučevanju osnovnih termodinamičnih metod.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (drugi). Adiabatska kalorimetrija in njene uporabe. Pridobljeno iz: cenam.mx
3. Wikipedija. (2018). Kalorimeter. Pridobljeno: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. (22. junij 2018). Opredelitev kalorimetra v kemiji. Pridobljeno: misel.com
5. Gillespie, Claire. (11. april 2018). Kako deluje kalorimeter? Sciaching. Pridobljeno: sciaching.com