Obsah
- TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
- Funkcie kalorimetra
- Rôzne typy kalorimetrov
- Kalibrácia kalorimetra
- Limity kalorimetrie
Chemici často potrebujú vedieť, koľko tepelnej energie určitá reakcia uvoľňuje alebo absorbuje. Toto meranie im pomáha porozumieť viac o tom, prečo sa reakcia vyskytuje, a pomáha im urobiť užitočné predpovede. Kalorimetre sú prístroje, ktoré merajú množstvo tepla uvoľneného alebo absorbovaného obsahom počas reakcie. Je ľahké vyrobiť jednoduchý kalorimeter, ale nástroje používané v laboratóriách sú zvyčajne presnejšie.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Kalorimetre umožňujú merať množstvo tepla v reakcii. Ich hlavnými obmedzeniami sú strata tepla pre životné prostredie a nerovnomerné vykurovanie.
Funkcie kalorimetra
Kalorimeter meria v zásade zmenu teploty kalorimetra a jeho obsahu. Po kalibrácii kalorimetra bude mať chemik už číslo nazývané kalorimetrická konštanta, čo ukazuje, ako veľmi sa mení teplota kalorimetra na množstvo pridaného tepla. Na základe tejto informácie a množstva reaktantov môže chemik určiť, koľko tepla sa uvoľňuje alebo absorbuje. Je dôležité, aby kalorimeter minimalizoval mieru tepelnej straty smerom von, pretože rýchle tepelné straty okolitého vzduchu by výsledky skreslili.
Rôzne typy kalorimetrov
Je ľahké si urobiť jednoduchý kalorimeter sami. Potrebujete dva kávové šálky polystyrénu, teplomer alebo veko. Tento kalorimeter na šálku kávy je prekvapivo spoľahlivý, a preto je spoločnou črtou vysokoškolských chemických laboratórií. Laboratóriá fyzikálnej chémie majú sofistikovanejšie nástroje, ako sú „kalorimetrické bomby“. V týchto zariadeniach sú reaktanty v uzavretej komore nazývanej bomba. Keď ich zapáli elektrická iskra, zmena teploty pomáha určiť stratu alebo zisk tepla.
Kalibrácia kalorimetra
Na kalibrovanie kalorimetra môžete použiť postup, ktorý prenáša známe množstvo tepla, napríklad meranie teploty určitej horúcej a studenej vody. Napríklad v kalorimetri kávového šálky môžete miešať studenú a horúcu vodu. Ďalej zmeráte teplotu v čase a pomocou lineárnej regresie vypočítate „konečnú teplotu“ kalorimetra a jeho obsah. Odčítaním tepla získaného studenou vodou od tepla strateného horúcou vodou sa získa teplo získané kalorimetrom. Vydelením tohto čísla zmenami teploty kalorimetra sa získa jeho konštanta kalorimetra, ktorú môžete použiť v iných experimentoch.
Limity kalorimetrie
Žiadny kalorimeter nie je dokonalý, pretože môže do svojho okolia stratiť teplo. Hoci kalorimetre bomby v laboratóriách majú izoláciu, ktorá tieto straty minimalizuje, nie je možné zastaviť všetky tepelné straty. Navyše reaktanty v kalorimetri nemusia byť dobre premiešané, čo vedie k nerovnomernému zahrievaniu a ďalšiemu možnému zdroju chýb vo vašich meraniach.
Okrem možných zdrojov chýb, ďalšie obmedzenie zahŕňa druhy reakcií, ktoré môžete študovať. Napríklad by ste mohli vedieť, ako rozklad TNT uvoľňuje teplo. Tento druh reakcie by nebolo možné študovať v kalorimetri šálky kávy a nemusí byť ani praktický v kalorimetroch bomby. Alternatívne sa reakcia môže uskutočňovať veľmi pomaly, ako je oxidácia železa za vzniku hrdze. Tento druh reakcie by bolo veľmi ťažké študovať s kalorimetrom.