En kalorimeter er en anordning, der bruges til at måle mængden af varme, der er absorberet eller frigivet under en kemisk reaktion eller fysisk proces. Denne proces kaldes kalorimetri . Sådan fungerer det:
1. Opsætningen: Et kalorimeter er i det væsentlige en isoleret beholder designet til at forhindre varmeudveksling med omgivelserne. Det består typisk af:
* et reaktionsfartøj: Det er her reaktionen finder sted.
* et omgivende vandbad: Reaktionsfartøjet er nedsænket i en kendt masse vand, der fungerer som en køleplade.
* Et termometer: Dette måler temperaturændringen i vandbadet.
* en omrører: Dette sikrer ensartet temperaturfordeling i vandbadet.
2. Processen:
* reaktionsinitiering: Den kemiske reaktion initieres inden for reaktionsbeholderen.
* Varmeoverførsel: Varmen frigivet eller absorberet af reaktionen overføres til det omgivende vandbad.
* Temperaturændring: Vandbadets temperatur ændres på grund af varmeoverførslen.
* Måling: Temperaturændringen registreres af termometeret.
3. Beregning af varmeoverførslen:
* Specifik varmekapacitet (c): Dette er den mængde varme, der kræves for at hæve temperaturen på 1 gram af et stof med 1 graders celsius. For vand er det cirka 4.184 J/g ° C.
* masse (m): Dette er massen af vandbadet.
* temperaturændring (ΔT): Dette er forskellen mellem de indledende og sidste temperaturer i vandbadet.
Formlen til beregning af den overførte varme (Q) er:
q =m * c * ΔT
for eksempel:
Hvis 50 gram vand i en kalorimeter oplever en temperaturforøgelse på 2 grader celsius, er den varme, der absorberes af vandet:
Q =50 g * 4,184 J/g ° C * 2 ° C =418,4 Joules
4. entalpiændring (ΔH):
* Den overførte varme (Q) er direkte relateret til enthalpiændringen (ΔH) af reaktionen.
* For reaktioner, der frigiver varme (eksotermiske reaktioner), er ΔH negativ.
* For reaktioner, der absorberer varme (endotermiske reaktioner), er ΔH positiv.
Typer af kalorimetre:
* bombe kalorimeter: Bruges til reaktioner, der involverer forbrænding.
* kaffekop-kalorimeter: Enkel og billig til generelle kemieksperimenter.
* Differential Scanning Calorimeter: Måler varmestrøm under fysiske og kemiske ændringer.
Begrænsninger:
* Kalorimetre er ikke perfekte isolatorer, så nogle varmetab til omgivelserne er uundgåeligt.
* Nogle reaktioner er vanskelige eller farlige at udføre i et kalorimeter.
Generelt tilvejebringer kalorimetri et værdifuldt værktøj til undersøgelse af termodynamikken i kemiske reaktioner og fysiske processer, hvilket giver forskere mulighed for at kvantificere de involverede energiændringer.