Kemister behöver ofta veta hur mycket värmeenergi en viss reaktion släpper ut eller absorberar. Denna mätning hjälper dem att förstå mer om varför reaktionen inträffar och hjälper dem att göra användbara förutsägelser. Kalorimetrar är instrument som mäter mängden värme som frigörs eller absorberas av innehållet under en reaktion. Det är enkelt att göra en enkel kalorimeter, men de instrument som används i laboratorier är vanligtvis mer exakta.

TL; DR (för länge, läste inte)

Kalorimetrar låter dig mäta mängden värme i en reaktion. Deras huvudbegränsningar förlorar värme till miljön och ojämn uppvärmning.

Funktionerna hos en kalorimeter

I själva verket mäter en kalorimeter kalorimeterns temperaturförändring och dess innehåll. Efter kalorimeterns kalibrering kommer kemisten redan att ha ett tal kallat kalorimeterns konstant, vilket visar hur mycket kalorimeterns temperatur förändras per mängd värme tillsatt. Med hjälp av denna information och massan av reaktanterna kan kemisten bestämma hur mycket värme frigörs eller absorberas. Det är viktigt att kalorimetern minimerar värmeförlusten till utsidan, eftersom snabb värmeförlust till omgivande luft skulle skeva resultatet.

Olika typer av kalorimetrar

Det är enkelt att göra en enkel kalorimeter själv. Du behöver två Styrofoam kaffekoppar, en termometer eller ett lock. Denna kaffekop kalorimeter är förvånansvärt pålitlig och är sålunda ett vanligt inslag i grundkemi laboratorier. Fysikaliska kemi laboratorier har mer sofistikerade instrument som "bomb kalorimetrar." I dessa anordningar är reaktanterna i en förseglad kammare som kallas bomben. När en elektrisk gnista antänder dem, kan temperaturförändringen avgöra värmen som förlorats eller uppnås.

Kalibrering av en kalorimeter

För att kalibrera en kalorimeter kan du använda en process som överför en känd mängd av värme som att mäta temperaturen på något varmt och kallt vatten. Till exempel kan du blanda kallt och varmt vatten i din kaffekopkalorimeter. Därefter mäter du temperaturen över tid och använder linjär regression för att beräkna kalorimeterens "slutliga temperatur" och dess innehåll. Subtrahering av värmen från kallvattnet från värmen som förloras av hetvattnet ger värmen som uppnås av kalorimetern. Att dela upp denna siffra genom kalorimeterens temperaturförändring ger sin kalorimeter konstant, som du kan använda i andra experiment.

Begränsningar av kalorimetri

Ingen kalorimeter är perfekt eftersom det kan förlora värme i omgivningen . Även om bomber kalorimetrar i laboratorier har isolering för att minimera dessa förlorar, är det omöjligt att stoppa all värmeförlust. Dessutom kan reaktanterna i kalorimetern inte blandas väl, vilket leder till ojämn uppvärmning och en annan möjlig felkälla i dina mätningar.

Bortsett från möjliga felkällor innebär en annan begränsning de typer av reaktioner som du kan studera. Till exempel kanske du vill veta hur nedbrytningen av TNT släpper ut värme. Denna typ av reaktion skulle vara omöjligt att studera i en kaffekalorimeter och kanske inte ens vara praktisk i en bombkalorimeter. Alternativt kan en reaktion ske mycket långsamt, såsom oxidation av järn för att bilda rost. Denna typ av reaktion skulle vara mycket svårt att studera med en kalorimeter.