Av John Brennan | Uppdaterad 30 augusti 2022

Översikt

Kalorimetrar kvantifierar värmeförändringen i kemiska reaktioner eller fysiska omvandlingar, såsom issmältning. Att känna till kalorimeterkonstanten är väsentligt för att omvandla temperaturförändringar till energivärden och för att korrekt tolka reaktionens termodynamik. Den här guiden leder dig genom en praktisk, reproducerbar metod för att kalibrera en enkel kaffekoppkalorimeter.

Säkerhetsåtgärder

• Bär en labbrock, skyddsglasögon och handskar.
• Placera aldrig hår, kläder eller brandfarliga material nära en öppen låga.
• Hantera varmt vatten (≈80°C) varsamt för att undvika brännskador.

Material

• Kalorimeter för kaffekopp (två frigolitkoppar, lock, termometer)
• Två digital- eller kvicksilvertermometrar
• Bunsenbrännare, tändare, ringställ, klämma, trådväv
• Torr 150 ml bägare
• Skala exakt till 0,01 g
• Skärmcylinder
• Kalkylarksprogramvara (Excel, OpenOffice Calc)
• Kalkylator
• Vatten (rumstemperatur och varmt)
• Labbrock, skyddsglasögon, handskar

Procedur

1. Sätt ihop kalorimetern. Sätt in den ena frigolitkoppen i den andra, fäst locket och placera en termometer i koppen genom ett litet hål i locket.
2. Väg den tomma kalorimetern. Anteckna massan till närmaste 0,01g.
3. Tillsätt 50 ml kallt vatten. Använd en graderad cylinder; exakt volym är inte kritisk i detta skede. Väg om kalorimetern och beräkna vattenmassan utifrån viktskillnaden.
4. Väg bägaren. Anteckna dess massa. Tillsätt 50 ml vatten, väg om och beräkna massan på det heta vattnet.
5. Värm upp vattnet. Placera bägaren på trådväven ovanför bunsenbrännaren, sätt i en termometer och värm försiktigt till ≈80°C, undvik snabb kokning.
6. Rör om kalorimetern. Använd en klämma, häng den andra termometern i det kalla vattnet och rör om i fyra minuter. Spela in temperatur varje minut; värdet ska vara konstant.
7. Överför varmvatten. Vid den fjärde minuten, stäng av brännaren, notera varmvattentemperaturen och häll den i kalorimetern. Sätt tillbaka locket och fortsätt omrörningen.
8. Rekord temperatur. Mät kalorimeterns temperatur var 30:e sekund under de kommande fem minuterna.
9. Analysera data. Importera tid- och temperaturdata till ett kalkylblad. Rita upp temperaturerna efter blandningen (exkludera förblandningspunkter) och anpassa en linjär trendlinje.
10. Extrapolera sluttemperaturen. Använd raden för bästa passform för att uppskatta temperaturen till 5 minuter (Tf).
11. Beräkna temperaturförändringar.
    • Varmvattenbyte (ΔTh) =initial varmvattentemperatur – Tf.
    • Kallvattenbyte (ΔTc) =Tf – initial kallvattentemperatur.
12. Beräkna energiförändringar.
    • Energiförlust av varmvatten:Qh =m_h × 4,184Jg⁻¹°C⁻¹ × ΔTh.
    • Energi som fås av kallt vatten:Qc =m_c × 4,184Jg⁻¹°C⁻¹ × ΔTc.
13. Fastställ kalorimeterns energi. Q_cal =Qh – Qc.
14. Beräkna konstant. C_cal =Q_cal /ATc. Resultatet, uttryckt i J°C⁻¹, är kalorimeterkonstanten.

Viktiga anmärkningar

• Konstanten ska vara positiv; ett negativt värde indikerar ett procedurfel.
• Upprepa kalibreringen flera gånger och gör ett genomsnitt av resultaten för att minimera slumpmässiga fel.
• Rapportera det slutliga medelvärdet ±2σ, där σ är standardavvikelsen för försöken.

Referenser

• Atkins, P., &Jones, L. (2008). Kemiska principer:The Quest for Insight, 4:e upplagan .
• Berniolles, S. (2011). Chemistry 7L Lab Manual .