Hvad er en kalorimeter & Hvad er dens begrænsninger?

Kemister skal ofte vide, hvor meget varmeenergi en bestemt reaktion frigiver eller absorberer. Denne måling hjælper dem med at forstå mere om, hvorfor reaktionen forekommer og hjælper dem med at gøre nyttige forudsigelser. Kalorimetre er instrumenter, der måler mængden af ​​varme frigivet eller absorberes af indholdet under en reaktion. Det er nemt at lave en enkel kalorimeter, men de instrumenter, der bruges i laboratorier, er typisk mere præcise.

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

Kalorimetre giver dig mulighed for at måle mængden af varme i en reaktion. Deres hovedbegrænsninger er at miste varme til miljøet og ujævn opvarmning.

Kalorimeterens funktioner

Måler en kalorimeter kalorimeterets temperaturændring og dens indhold. Efter kalorimeterkalibreringen vil kemisten allerede have et tal kaldet kalorimeterkonstanten, hvilket viser hvor meget kalorimeterens temperatur ændres pr. Mængde af tilsat varme. Ved hjælp af denne information og massen af ​​reaktanterne kan kemikeren bestemme, hvor meget varme frigives eller absorberes. Det er vigtigt, at kalorimeteren minimerer varmetabets hastighed udefra, da hurtigt varmetab til omgivende luft ville skævre resultaterne.

Forskellige typer kalorimetre

Det er nemt at gøre en enkel kalorimeter selv. Du har brug for to Styrofoam kaffekopper, et termometer eller et låg. Denne kaffekopkalorimeter er overraskende pålidelig og er således et almindeligt kendetegn ved grundkemi laboratorier. Fysiske kemi laboratorier har mere sofistikerede instrumenter som "bombe kalorimetre." I disse indretninger er reaktanterne i et forseglet kammer kaldet bomben. Når en elektrisk gnist antænder dem, hjælper temperaturændringen med at bestemme den varme, der er tabt eller opnået.

Kalibrering af en kalorimeter

For at kalibrere en kalorimeter kan du bruge en proces, der overfører en kendt mængde af varme som at måle temperaturen på noget varmt og koldt vand. For eksempel kan du blande koldt og varmt vand i din kaffekop kalorimeter. Dernæst måler du temperaturen over tid og bruger lineær regression til at beregne kalorimeterens "endelige temperatur" og dens indhold. Subtrahering af varmen fra det kolde vand fra den varme, der er tabt af varmt vand giver den varme, som kalorimeteret opnår. Opdeling af denne figur ved kalorimeterets temperaturændring giver sin kalorimeter konstant, som du kan bruge i andre eksperimenter.

Begrænsninger af kalorimetri

Ingen kalorimeter er perfekt, fordi den kan miste varme til omgivelserne . Selv om bomber kalorimetre i laboratorier har isolering for at minimere disse taber, er det umuligt at stoppe alt varmetab. Desuden kan reaktanterne i kalorimeteret ikke blandes godt, hvilket fører til ujævn opvarmning og en anden mulig fejlkilde i dine målinger.

Bortset fra mulige fejlkilder involverer en anden begrænsning de slags reaktioner du har kan studere. For eksempel vil du måske vide, hvordan nedbrydning af TNT frigiver varme. Denne form for reaktion ville være umulig at studere i en kaffekalorimeter og måske ikke engang være praktisk i en bomberkalorimeter. Alternativt kan en reaktion finde sted meget langsomt såsom oxidation af jern til dannelse af rust. Denne form for reaktion ville være meget svært at studere med en kalorimeter.