CALORIMETER: HISTORIE, DELER, TYPER OG DERES EGENSKAPER - KJEMI - 2026

Den kalorimeter er et apparat som brukes til å måle endringen i temperatur av en mengde stoff (vanligvis vann) med kjent spesifikk varme. Denne temperaturendringen skyldes varmen som er absorbert eller frigjort i prosessen som studeres; kjemisk hvis det er en reaksjon, eller fysisk hvis den består av en fase- eller tilstandsendring.

På laboratoriet er det enkleste kalorimeteret som er funnet av kaffeglasset. Den brukes til å måle varmen som blir absorbert eller frigjort i en reaksjon ved konstant trykk, i vandig løsning. Reaksjonene velges for å unngå intervensjon av reagenser eller gassformige produkter.

Kilde: Av Ichwarsnur, fra Wikimedia Commons Ved en eksoterm reaksjon kan mengden varme som frigjøres beregnes ut fra økningen i temperatur på kalorimeteret og den vandige løsningen:

Mengde varme avgitt i reaksjonen = varmemengde absorbert av kalorimeteret + mengde varme absorbert av løsningen

Mengden varme som kalorimeteret tar opp kalles kalorimeterets varmekapasitet. Dette bestemmes ved å tilføre en kjent mengde varme til kalorimeteret med en gitt masse vann. Deretter måles temperaturøkningen på kalorimeteret og løsningen den inneholder.

Med disse dataene, og bruken av den spesifikke vannvarmen (4,18 J / g.ºC), kan kalorimeterets kalorimetode beregnes. Denne kapasiteten kalles også kalorimeterkonstanten.

På den annen side er varmen som oppnås ved den vandige løsningen lik mecet · t. I formelen m = masse vann, ce = spesifikk varme av vann og Δt = temperaturvariasjon. Når man vet alt dette, kan man da beregne mengden varme som frigjøres ved den eksoterme reaksjonen.

Kalorimeterets historie

I 1780 brukte AL Lavoisier, en fransk kjemiker, regnet som en av fedrene til kjemi, et marsvin for å måle produksjonen av varme ved åndedrett.

Hvordan? Bruke en enhet som ligner et kalorimeter. Varmen produsert av marsvin ble påvist av den smeltende snøen som omkranset apparatet.

Forskerne A. L Lavoisier (1743-1794) og PS Laplace (1749-1827) tegnet et kalorimeter som ble brukt til å måle den spesifikke varmen til en kropp ved metoden for å smelte is.

Kalorimeteret besto av en sylindrisk lakkert tinnkopp, støttet av et stativ og internt avsluttet med en trakt. Inni i det ble et annet glass plassert, lik det forrige, med et rør som passerte gjennom det ytre kammeret og var utstyrt med en nøkkel. Inne i det andre glasset var det et stativ.

Vesenet eller objektet hvis spesifikke varme skulle bestemmes ble plassert på dette rutenettet. Det ble plassert is inne i de konsentriske glassene, som i kurven.

Varmen produsert av kroppen ble absorbert av isen, noe som fikk den til å smelte. Og det flytende vannproduktet av isens smelting ble samlet opp, og åpnet den indre glassnøkkelen.

Og til slutt, med vannet tungt, ble massen av den smeltede isen kjent.

Deler

Det mest brukte kalorimeteret i kjemiundervisningslaboratorier er det såkalte kaffekoppkalorimeteret. Dette kalorimeteret består av et begerglass, eller i stedet, en beholder med animisk materiale som har visse isolerende egenskaper. Inne i denne beholderen plasseres den vandige løsningen med kroppen som skal produsere eller absorbere varme.

Et lokk laget av isolerende materiale med to hull er plassert på den øvre delen av beholderen. I det ene settes et termometer inn for å måle temperaturendringer, og i det andre en rører, fortrinnsvis laget av glassmateriale, som oppfyller funksjonen til å bevege innholdet i den vandige løsningen.

Bildet viser delene av en bombe kalorimeter; Imidlertid kan det sees at det har termometeret og omrøreren, vanlige elementer i flere kalorimeter.

Typer og deres egenskaper

Koppen kaffe

Det er den som brukes til å bestemme varmen som frigjøres ved en eksoterm reaksjon, og varmen som absorberes i en endoterm reaksjon.

Videre kan det brukes til å bestemme den spesifikke varmen til et legeme; det vil si mengden varme som et gram av stoffet trenger å absorbere for å heve temperaturen med en grad Celsius. .

Den kalorimetriske bomben

Det er en enhet der den mengde varme som blir gitt av eller absorbert i en reaksjon som oppstår med konstant volum, måles.

Reaksjonen finner sted i en sterk stålbeholder (pumpen), som er nedsenket i et stort volum vann. Dette gjør at vanntemperaturen endres lite. Derfor antas det at endringene forbundet med reaksjonen måles ved konstant volum og temperatur.

Dette indikerer at det ikke utføres noe arbeid når det utføres en reaksjon i en bombe kalorimeter.

Reaksjonen startes ved å levere strøm gjennom kabler koblet til pumpen.

Adiabatisk kalorimeter

Det er preget av å ha en isolerende struktur som kalles et skjold. Skjoldet er plassert rundt cellen der varme- og temperaturendringer oppstår. På samme måte er den koblet til et elektronisk system som holder temperaturen veldig nær temperaturen til cellen, og dermed unngår varmeoverføring.

I et adiabatisk kalorimeter minimeres temperaturforskjellen mellom kalorimeteret og omgivelsene. samt minimere varmeoverføringskoeffisienten og tiden for varmeveksling.

Delene består av følgende:

-Cellen (eller beholderen), integrert i et isolasjonssystem der den prøver å unngå varmetap.

-Termometeret, for å måle temperaturendringer.

-En varmeapparat, koblet til en styrbar kilde for elektrisk spenning.

-Og skjoldet, allerede nevnt.

I denne typen kalorimeter kan egenskaper som entropi, Debye-temperatur og tilstandselektrondensitet bestemmes.

Isoperibol kalorimeter

Det er en enhet der reaksjonscellen og pumpen er nedsenket i en struktur som kalles en kappe. I dette tilfellet består den såkalte jakken av vann, holdt på en konstant temperatur.

Cellen og pumpens temperatur stiger når varmen frigjøres under forbrenningsprosessen; Men temperaturen på vannkappen holdes på en fast temperatur.

En mikroprosessor styrer temperaturen på cellen og kappen, og gjør de nødvendige korreksjoner for lekkasjevarmen som er resultatet av forskjellene mellom de to temperaturene.

Disse korreksjonene blir brukt kontinuerlig og med en endelig korreksjon, basert på målinger før og etter testen.

Strømningskalorimeteret

Den er utviklet av Caliendar og har en enhet for å flytte en gass i en container med konstant hastighet. Ved å tilsette varme måles økningen i temperaturen i væsken.

Strømningskalorimeteret er preget av:

- En nøyaktig måling av hastigheten på konstant strømning.

- Nøyaktig måling av mengden varme som føres til væsken gjennom en varmeovn.

- En nøyaktig måling av temperaturøkningen i gassen forårsaket av energitilførselen

- Et design for å måle kapasiteten til en gass under trykk.

Kalorimeter for differensial skanning kalorimetri

Det kjennetegnes ved å ha to beholdere: i den ene plasseres prøven som skal studeres, mens den andre holdes tom eller et referansemateriale brukes.

De to karene varmes opp med en konstant energifrekvens ved hjelp av to uavhengige ovner. Når oppvarmingen av de to karene starter, vil datamaskinen plotte forskjellen i varmestrøm fra varmeovnene mot temperaturen, og dermed tillate varmestrømmen å bli bestemt.

Videre kan variasjonen av temperaturen som en funksjon av tid bestemmes; og til slutt kalorikapasiteten.

applikasjoner

I fysiokjemi

-De grunnleggende kalorimeterene, kaffekopptypen, gjør det mulig å måle mengden varme som en kropp avgir eller absorberer. I dem kan du bestemme om en reaksjon er eksoterm eller endoterm. Videre kan den spesifikke varmen til et legeme bestemmes.

-Med det adiabatiske kalorimeteret har det vært mulig å bestemme entropien til en kjemisk prosess og statens elektroniske tetthet.

I biologiske systemer

-Mikrokalorometre brukes til å studere biologiske systemer som inkluderer interaksjoner mellom molekyler, samt molekylkonformasjonsendringer som oppstår; for eksempel i utfoldelsen av et molekyl. Linjen inkluderer både differensial skanning og isoterm titrering.

-Mikrokalorimeteret brukes i utvikling av små molekylmedisiner, bioterapeutika og vaksiner.

Oksygenpumpekalorimeter og kalorikraft

I oksygenbomkalorimeteret forekommer forbrenningen av mange stoffer, og dens kaloriverdi kan bestemmes. Blant stoffene som er studert gjennom bruk av dette kalorimeteret er: kull og koks; spiselige oljer, både tunge og lette; bensin og alt motorbrensel.

I tillegg til typer drivstoff til flystråler; avfall og drivstoff; matvarer og kosttilskudd til ernæring; fôrvekster og kosttilskudd til dyrefôr; Bygningsmaterialer; rakettbrensel og drivmidler.

På samme måte har kalorikraften blitt bestemt ved kalorimetri i termodynamiske studier av brennbare materialer; i studiet av energibalanse i økologi; i eksplosiver og termiske pulver og i undervisningen i grunnleggende termodynamiske metoder.

referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Læring.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). Adiabatisk kalorimetri og dens anvendelser. Gjenopprettet fra: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Kalorimeteret. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. juni 2018). Calorimeter Definisjon i kjemi. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
5. Gillespie, Claire. (11. april 2018). Hvordan fungerer et kalorimeter? Sciencing. Gjenopprettet fra: sciencing.com