CALORIMETER: HISTORIE, DELE, TYPER OG DERES EGENSKABER - KEMI - 2025

Den kalorimeter er en anordning, der anvendes til at måle ændringen i temperaturen af en mængde stof (sædvanligvis vand) med kendt specifik varme. Denne ændring i temperatur skyldes den varme, der er absorberet eller frigivet i den undersøgte proces; kemisk, hvis det er en reaktion, eller fysisk, hvis det består af en fase- eller tilstandsændring.

I laboratoriet er det enkleste kalorimeter, der findes, kaffeglas. Det bruges til at måle den varme, der er absorberet eller frigivet i en reaktion ved konstant tryk, i en vandig opløsning. Reaktionerne vælges for at undgå indgriben af ​​reagenser eller gasformige produkter.

Kilde: Af Ichwarsnur, fra Wikimedia Commons I en eksoterm reaktion kan mængden af ​​frigivet varme beregnes ud fra stigningen i kalorimeterets temperatur og den vandige opløsning:

Mængde varme afgivet i reaktionen = mængde varme absorberet af kalorimeter + mængde varme absorberet af opløsningen

Mængden af ​​varme, som kalorimeteret optager, kaldes kalorimeterets varmekapacitet. Dette bestemmes ved at forsyne en kendt mængde varme til kalorimeteret med en given masse vand. Derefter måles temperaturstigningen på kalorimeteret og den opløsning, den indeholder.

Med disse data og brugen af ​​den specifikke vandvarme (4,18 J / g.ºC) kan kalorimeterskapets kapacitet beregnes. Denne kapacitet kaldes også kalorimeterkonstanten.

På den anden side er den varme, der er opnået ved den vandige opløsning, lig med m · ct. I formlen m = masse vand, ce = specifik vandvarme og =t = temperaturvariation. Når man kender alt dette, kan man derefter beregne mængden af ​​varme frigivet ved den eksoterme reaktion.

Kalorimeterets historie

I 1780 brugte AL Lavoisier, en fransk kemiker, betragtet som en af ​​fædrene til kemi, en marsvin til at måle produktionen af ​​varme ved dens åndedræt.

Hvordan? Brug af en enhed der ligner et kalorimeter. Varmen produceret af marsvin blev beviset af den smeltende sne, der omringede apparatet.

Forskerne A. L Lavoisier (1743-1794) og PS Laplace (1749-1827) designet et kalorimeter, der blev brugt til at måle den specifikke varme i et legeme ved metoden til at smelte is.

Kalorimeteret bestod af en cylindrisk lakeret tinbæg, understøttet af et stativ og internt afsluttet med en tragt. Inde i det blev et andet glas anbragt, svarende til det foregående, med et rør, der passerede gennem det ydre kammer og var udstyret med en nøgle. Inde i det andet glas var et rack.

Væsenet eller objektet, hvis specifikke varme skulle bestemmes, blev placeret på dette gitter. Is blev placeret inden i de koncentriske briller, som i kurven.

Varmen produceret af kroppen blev optaget af isen, hvilket fik den til at smelte. Og det flydende vandprodukt fra isens smeltning blev opsamlet, idet den indre glasnøgle blev åbnet.

Og til sidst, med det tunge vand, blev massen af ​​den smeltede is kendt.

Dele

Det mest udbredte kalorimeter i kemiundervisningslaboratorier er det såkaldte kaffekopskalorimeter. Dette kalorimeter består af et bægerglas eller i stedet en beholder med animisk materiale, der har visse isolerende egenskaber. Inde i denne beholder anbringes den vandige opløsning med kroppen, som vil producere eller absorbere varme.

Et låg lavet af isolerende materiale med to huller placeres på den øverste del af beholderen. I det ene indsættes et termometer for at måle temperaturændringer, og i det andet en omrører, fortrinsvis lavet af glasmateriale, der udfører funktionen af ​​at bevæge indholdet af den vandige opløsning.

Billedet viser delene af en bombe-kalorimeter; det kan imidlertid ses, at det har termometeret og omrøreren, fælles elementer i flere kalorimetre.

Typer og deres egenskaber

Kop kaffe

Det er den, der bruges til bestemmelse af den varme, der frigives ved en eksoterm reaktion, og den varme, der absorberes i en endoterm reaktion.

Desuden kan det bruges til bestemmelse af den specifikke varme i et legeme; det vil sige den mængde varme, som et gram af stoffet har brug for at absorbere for at hæve temperaturen med en grad Celsius..

Den kalorimetriske bombe

Det er en anordning, hvor den mængde varme, der afgives eller absorberes i en reaktion, der opstår ved konstant volumen, måles.

Reaktionen finder sted i en stærk stålbeholder (pumpen), der er nedsænket i et stort volumen vand. Dette holder vandtemperaturændringerne små. Derfor antages det, at ændringerne, der er forbundet med reaktionen, måles ved konstant volumen og temperatur.

Dette indikerer, at der ikke udføres noget arbejde, når der udføres en reaktion i et bombekalorimeter.

Reaktionen startes ved at levere strøm gennem kabler, der er forbundet til pumpen.

Det adiabatiske kalorimeter

Det er kendetegnet ved at have en isolerende struktur kaldet et skjold. Skjoldet er placeret omkring cellen, hvor varme- og temperaturændringer forekommer. Ligeledes er det forbundet til et elektronisk system, der opretholder sin temperatur meget tæt på cellen, og således undgår varmeoverførsel.

I et adiabatisk kalorimeter minimeres temperaturforskellen mellem kalorimeteret og dets omgivelser; samt minimere varmeoverførselskoefficienten og tiden til varmeudveksling.

Dens dele består af følgende:

-Cellen (eller beholderen), integreret i et isoleringssystem, ved hjælp af hvilket den forsøger at undgå varmetab.

-Termometeret, for at måle temperaturændringer.

-En varmeapparat, tilsluttet en styrbar kilde til elektrisk spænding.

-Og det allerede nævnte skjold.

I denne type kalorimeter kan egenskaber såsom entropi, Debye-temperatur og tilstandselektrondensitet bestemmes.

Isoperibol kalorimeter

Det er en anordning, hvor reaktionscellen og pumpen er nedsænket i en struktur kaldet en kappe. I dette tilfælde består den såkaldte kappe af vand, der holdes ved en konstant temperatur.

Cellen og pumpens temperatur stiger, når der frigøres varme under forbrændingsprocessen; Men temperaturen på vandkappen holdes på en fast temperatur.

En mikroprocessor styrer temperaturen på cellen og kappen og foretager de nødvendige korrektioner for lækagevarmen, der er resultatet af forskellene mellem de to temperaturer.

Disse korrektioner anvendes kontinuerligt og med en endelig korrektion baseret på målinger før og efter testen.

Strømningskalorimeteret

Udviklet af Caliendar og har en enhed til at bevæge en gas i en container med konstant hastighed. Ved at tilføje varme måles stigningen i temperatur i væsken.

Strømningskalorimeteret er kendetegnet ved:

- En nøjagtig måling af hastigheden på den konstante strømning.

- Præcis måling af mængden af ​​varme, der indføres til væsken gennem en varmelegeme.

- En nøjagtig måling af temperaturstigningen i gassen forårsaget af energiindgangen

- Et design til måling af kapaciteten af ​​en gas under tryk.

Kalorimeteret til differentiel scanningskalorimetri

Det er kendetegnet ved at have to containere: i den ene anbringes den prøve, der skal undersøges, mens den anden holdes tom, eller der bruges et referencemateriale.

De to kar opvarmes med en konstant energihastighed ved hjælp af to uafhængige varmeapparater. Når de to kar begynder at varme op, vil computeren kortlægge forskellen i varmeflux af varmeapparaterne mod temperaturen og således bestemme varmestrømmen.

Endvidere kan variationen af ​​temperaturen som en funktion af tiden bestemmes; og endelig kalorikapaciteten.

Applikationer

I fysisk kemi

-Den grundlæggende kalorimeter, kaffekoptype, gør det muligt at måle mængden af ​​varme, som et legeme afgiver eller absorberer. I dem kan du bestemme, om en reaktion er eksoterm eller endoterm. Desuden kan den specifikke varme i et legeme bestemmes.

-Med det adiabatiske kalorimeter har det været muligt at bestemme entropien af ​​en kemisk proces og den elektroniske densitet af tilstanden.

I biologiske systemer

-Mikrokalorimetre bruges til at studere biologiske systemer, der inkluderer interaktioner mellem molekyler såvel som de molekylære konformationelle ændringer, der forekommer; for eksempel ved udfoldelse af et molekyle. Linjen inkluderer både differentiel scanning og isoterm titrering.

-Mikrokalorimeteret bruges til udvikling af små molekyle-lægemidler, bioterapeutika og vacciner.

Oxygenpumpekalorimeter og kalorikraft

I iltbomkalorimeteret forekommer forbrænding af mange stoffer, og dens kalorieværdi kan bestemmes. Blandt de stoffer, der studeres ved hjælp af dette kalorimeter, er: kul og koks; spiselige olier, både tunge og lette; benzin og alt motorbrændstof.

Samt typer brændstof til flystråler; affaldsaffald og bortskaffelse af affald; fødevarer og kosttilskud til human ernæring; foderafgrøder og kosttilskud til dyrefoder; Byggematerialer; raketbrændstof og drivmidler.

Ligeledes er den kaloriske effekt bestemt ved kalorimetri i termodynamiske undersøgelser af brændbare materialer; i studiet af energibalance i økologi; i sprængstoffer og termiske pulvere og i undervisningen i grundlæggende termodynamiske metoder.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). Adiabatisk kalorimetri og dens anvendelser. Gendannes fra: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Kalorimeter. Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (22. juni 2018). Calorimeter definition i kemi. Gendannes fra: thoughtco.com
5. Gillespie, Claire. (11. april 2018). Hvordan fungerer et kalorimeter? Sciencing. Gendannes fra: sciencing.com