Šálek kávy a kalorimetrie bomb

Kalorimetr je zařízení používané k měření množství tepelného toku při chemické reakci. Dva z nejčastějších typů kalorimetrů jsou kalorimetr šálku kávy a kalorimetr bomby.

Šálek kávy kalorimetr je v podstatě polystyrenový (polystyrenový) pohár s víkem. Pohár je částečně naplněn známým objemem vody a přes víko pohárku je vložen teploměr, takže jeho baňka je pod hladinou vody. Pokud v kalorimetru kávového šálku dojde k chemické reakci, je teplo reakce absorbováno vodou. Změna teploty vody se používá k výpočtu množství absorbovaného tepla (použité k výrobě) produkty, takže teplota vody klesá) nebo se vyvinula (ztratila se ve vodě, takže její teplota vzrostla) v EU reakce.

Tok tepla se počítá pomocí vztahu:

q = (měrné teplo) x m x Δt

Kde q je tepelný tok, m je hmotnost v gramecha Δt je změna teploty. Měrné teplo je množství tepla potřebné ke zvýšení teploty 1 gramu látky o 1 stupeň Celsia. Měrné teplo vody je 4,18 J / (g · ° C).

Zvažte například chemickou reakci, která se vyskytuje ve 200 gramech vody s počáteční teplotou 25,0 ° C. Reakce se nechá probíhat v kalorimetru kávového šálku. V důsledku reakce se teplota vody změní na 31,0 ° C. Tepelný tok se počítá:

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

q_voda = +5,0 x 10³ J

Produkty reakce vyvinuly 5 000 J tepla, které se ztratilo ve vodě. změna entalpie, ΔH, pro reakci je stejná velikost, ale opačná ve znamení toku tepla pro vodu:

ΔH_reakce = - (q_voda)

Připomeňme, že pro exotermickou reakci ΔH <0, q_voda je pozitivní. Voda absorbuje teplo z reakce a je vidět nárůst teploty. Pro endotermickou reakci, AH> 0, q_voda je negativní. Voda dodává teplo pro reakci a je vidět pokles teploty.

Kalorimetr kávového šálku je skvělý pro měření toku tepla v roztoku, ale nelze jej použít pro reakce, které zahrnují plyny, protože by unikly z šálku. Kalorimetr šálku kávy nelze použít ani pro vysokoteplotní reakce, protože by roztavili šálek. Kalorimetr bomby se používá k měření tepelných toků plynů a vysokoteplotních reakcí.

Kalorimetr s bombou pracuje stejným způsobem jako kalorimetr s šálkem kávy, s jedním velkým rozdílem: V kalorimetru s šálkem kávy probíhá reakce ve vodě, zatímco v kalorimetru bomby, reakce probíhá v uzavřené kovové nádobě, která je umístěna ve vodě v izolované nádobě. Tok tepla z reakce prochází stěnami utěsněné nádoby do vody. Změří se teplotní rozdíl vody, stejně jako u kalorimetru šálku kávy. Analýza tepelného toku je o něco složitější než u kalorimetru kávového šálku, protože je třeba vzít v úvahu tepelný tok do kovových částí kalorimetru:

q_reakce = - (q_voda + q_bombardovat)

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

Bomba má pevnou hmotnost a měrné teplo. Hmotnost bomby násobená měrným teplem se někdy nazývá kalorimetrická konstanta, označená symbolem C s jednotkami joulů na stupeň Celsia. Konstanta kalorimetru se stanoví experimentálně a bude se lišit od jednoho kalorimetru k druhému. tepelný tok bomby je:

q_bombardovat = C x Δt

Jakmile je známa kalorimetrická konstanta, výpočet tepelného toku je jednoduchá záležitost. Tlak uvnitř kalorimetru bomby se během reakce často mění, takže tepelný tok nemusí být ve stejné míře jako změna entalpie.