KALORIMETRS: VĒSTURE, DETAĻAS, VEIDI UN TO RAKSTUROJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Kalorimetrs ir ierīce, ko izmanto, lai novērtētu izmaiņas temperatūras daudzuma vielas (parasti ūdens), kam ir zināma konkrēta siltumu. Šīs temperatūras izmaiņas ir saistītas ar siltumu, ko absorbē vai izdala pētāmajā procesā; ķīmiska, ja tā ir reakcija, vai fiziska, ja tā sastāv no fāzes vai stāvokļa izmaiņām.

Laboratorijā vienkāršākais kalorimetrs, ko var atrast, ir kafijas glāze. To izmanto, lai izmērītu reakcijā absorbēto vai izdalīto siltumu pastāvīgā spiedienā ūdens šķīdumā. Reakcijas izvēlas, lai izvairītos no reaģentu vai gāzveida produktu iejaukšanās.

Avots: Autors Ichwarsnur, Wikimedia Commons. Eksotermiskā reakcijā izdalītā siltuma daudzumu var aprēķināt pēc kalorimetra un ūdens šķīduma temperatūras paaugstināšanās:

Reakcijā izdalītā siltuma daudzums = siltums, ko absorbē kalorimetrs + siltuma daudzums, ko absorbē šķīdums

Siltuma daudzumu, ko kalorimetrs absorbē, sauc par kalorimetra siltuma jaudu. To nosaka, piegādājot zināmu siltuma daudzumu kalorimetram ar noteiktu ūdens masu. Pēc tam mēra kalorimetra un tajā esošā šķīduma temperatūras paaugstināšanos.

Izmantojot šos datus un izmantojot īpatnējo ūdens siltumu (4,18 J / g.ºC), var aprēķināt kalorimetra kaloritātes spēju. Šo ietilpību sauc arī par kalorimetru konstanti.

No otras puses, ūdens šķīduma iegūtais siltums ir vienāds ar m · ce · Δt. Formulā m = ūdens masa, ce = ūdens īpatnējais siltums un Δt = temperatūras svārstības. To visu zinot, var aprēķināt siltuma daudzumu, ko izdala eksotermiskā reakcija.

Kalorimetra vēsture

1780. gadā franču ķīmiķis AL Lavoisier, kurš tika uzskatīts par vienu no ķīmijas tēviem, jūrascūciņu izmantoja, lai izmērītu siltuma ražošanu ar tās elpošanu.

Kā? Izmantojot kalorimetram līdzīgu ierīci. Par jūrascūciņu radīto siltumu liecināja kūstošais sniegs, kas apņēma aparātu.

Pētnieki A. L Lavoisier (1743-1794) un PS Laplaz (1749-1827) izstrādāja kalorimetru, kas tika izmantots ķermeņa īpatnējā siltuma mērīšanai ar ledus kausēšanas metodi.

Kalorimetru veidoja cilindriski lakots skārda kauss, kuru atbalstīja statīvs un iekšēji noslēdza ar piltuvi. Tā iekšpusē tika ievietots vēl viens stikls, līdzīgs iepriekšējam, ar cauruli, kas izgāja cauri ārējai kamerai un bija aprīkota ar atslēgu. Otrās glāzes iekšpusē bija plaukts.

Būtne vai priekšmets, kura īpatnējais siltums bija jānosaka, tika novietots uz šī režģa. Ledus tika ievietots koncentrisko glāžu iekšpusē, tāpat kā grozā.

Ķermeņa radīto siltumu absorbēja ledus, izraisot tā izkausēšanu. Un tika savākts ledus kausēšanas šķidrā ūdens produkts, atverot iekšējo stikla atslēgu.

Un, visbeidzot, ar smago ūdeni, bija zināma izkusušā ledus masa.

Daļas

Ķīmijas mācību laboratorijās visplašāk izmantotais kalorimetrs ir tā sauktais kafijas tases kalorimetrs. Šis kalorimetrs sastāv no vārglāzes vai tā vietā no anime materiāla trauka, kam ir noteiktas izolācijas īpašības. Šajā traukā ūdens šķīdumu ievieto kopā ar ķermeni, kas gatavojas siltumu absorbēt vai absorbēt.

Tvertnes augšējā daļā ir no vāka, kas izgatavots no izolācijas materiāla, ar diviem caurumiem. Vienā ir ievietots termometrs temperatūras izmaiņu mērīšanai, bet otrā - maisītājs, vēlams izgatavots no stikla materiāla, kas pilda ūdens šķīduma satura pārvietošanas funkciju.

Attēlā redzamas bumbas kalorimetra daļas; tomēr redzams, ka tam ir termometrs un maisītājs, kopīgi elementi vairākos kalorimetros.

Veidi un to raksturojums

Kafijas tasīte

To izmanto, lai noteiktu siltumu, ko izdala eksotermiskā reakcija, un siltumu, ko absorbē endotermiskā reakcijā.

Turklāt to var izmantot, lai noteiktu ķermeņa īpatnējo siltumu; tas ir, siltuma daudzums, kas jāabsorbē gramam vielas, lai paaugstinātu temperatūru par vienu grādu pēc Celsija. .

Kalorimetriskā bumba

Tā ir ierīce, kurā mēra siltuma daudzumu, kas tiek izdalīts vai absorbēts reakcijā, kas notiek pastāvīgā tilpumā.

Reakcija notiek stiprā tērauda traukā (sūknī), kas ir iegremdēts lielā ūdens daudzumā. Tas samazina ūdens temperatūras izmaiņas. Tāpēc tiek pieņemts, ka ar reakciju saistītās izmaiņas mēra nemainīgā tilpumā un temperatūrā.

Tas norāda, ka nekāds darbs netiek veikts, ja reakcija tiek veikta bumbas kalorimetrā.

Reakciju sāk, piegādājot elektrību caur kabeļiem, kas savienoti ar sūkni.

Adiabātiskais kalorimetrs

To raksturo tas, ka tai ir izolācijas struktūra, ko sauc par vairogu. Vairogs atrodas ap kameru, kur notiek siltuma un temperatūras izmaiņas. Tāpat tas ir savienots ar elektronisko sistēmu, kas uztur savu temperatūru ļoti tuvu kameras temperatūrai, tādējādi izvairoties no siltuma pārneses.

Adiabātiskā kalorimetrā temperatūras starpība starp kalorimetru un tā apkārtni ir samazināta līdz minimumam; kā arī samazinot siltuma pārneses koeficientu un siltuma apmaiņas laiku.

Tās daļas sastāv no:

-Šūna (vai konteiners), integrēta izolācijas sistēmā, ar kuras palīdzību tā cenšas izvairīties no siltuma zudumiem.

- Termometrs, lai izmērītu temperatūras izmaiņas.

-Sildītājs, kas savienots ar kontrolējamu elektriskā sprieguma avotu.

-Un vairogs, kas jau minēts.

Šāda veida kalorimetros var noteikt tādas īpašības kā entropija, Debye temperatūra un stāvokļa elektronu blīvums.

Izoperibola kalorimetrs

Tā ir ierīce, kurā reakcijas šūna un sūknis ir iegremdēti struktūrā, ko sauc par apvalku. Šajā gadījumā tā saukto apvalku veido ūdens, kas tiek turēts nemainīgā temperatūrā.

Elementa un sūkņa temperatūra paaugstinās, kad sadegšanas procesā izdalās siltums; Bet ūdens apvalka temperatūra tiek uzturēta fiksētā temperatūrā.

Mikroprocesors kontrolē kameras un apvalka temperatūru, veicot nepieciešamās korekcijas noplūdes karstumam, kas rodas starp divām temperatūrām.

Šīs korekcijas veic nepārtraukti un ar galīgo korekciju, pamatojoties uz mērījumiem pirms un pēc testa.

Plūsmas kalorimetrs

Izstrādājis Caliendar, tam ir ierīce gāzes pārvietošanai traukā ar nemainīgu ātrumu. Pievienojot siltumu, mēra temperatūras paaugstināšanos šķidrumā.

Plūsmas kalorimetru raksturo:

- precīzs pastāvīgas plūsmas ātruma mērījums.

- Precīzs siltuma daudzuma mērījums, ko šķidrumam ievada caur sildītāju.

- Precīzs gāzes temperatūras paaugstināšanās mērījums, ko izraisa enerģijas pievade

- Dizains spiediena spiediena gāzes tilpuma mērīšanai.

Kalorimetrs diferenciālas skenēšanas kalorimetrijai

Tam raksturīgi divi konteineri: vienā ievieto pētāmo paraugu, bet otru tur tukšu vai izmanto standartmateriālu.

Divus traukus silda ar pastāvīgu enerģijas ātrumu ar divu neatkarīgu sildītāju palīdzību. Kad abi trauki sāk sakarst, dators attēlo sildītāju siltuma plūsmas atšķirību pret temperatūru, tādējādi nosakot siltuma plūsmu.

Turklāt var noteikt temperatūras svārstības atkarībā no laika; un visbeidzot - kaloriju ietilpība.

Lietojumprogrammas

Fizikāli ķīmijā

- Pamata kalorimetri, kafijas tases tips, ļauj izmērīt siltuma daudzumu, ko ķermenis izdala vai absorbē. Tajos jūs varat noteikt, vai reakcija ir eksotermiska vai endotermiska. Turklāt var noteikt ķermeņa īpatnējo siltumu.

-Ar adiabātisko kalorimetru ir bijis iespējams noteikt ķīmiskā procesa entropiju un stāvokļa elektronisko blīvumu.

Bioloģiskajās sistēmās

-Mikrokalorimetrus izmanto, lai pētītu bioloģiskās sistēmas, kas ietver mijiedarbību starp molekulām, kā arī notiekošās molekulārās konformācijas izmaiņas; piemēram, molekulas atlocīšanas laikā. Līnija ietver gan diferenciālo skenēšanu, gan izotermisko titrēšanu.

-Mikrokalorimetru izmanto mazu molekulu zāļu, bioterapeitu un vakcīnu izstrādē.

Skābekļa sūkņa kalorimetrs un kaloriju jauda

Skābekļa bumbas kalorimetrā notiek daudzu vielu sadegšana, un tās kaloritāti var noteikt. Starp vielām, kuras izpētītas, izmantojot šo kalorimetru, ir šādas: ogles un kokss; Pārtikas eļļas, gan smagas, gan vieglas; benzīns un visa veida degviela.

Kā arī gaisa kuģu reaktīvo dzinēju degvielas veidi; atkritumu degviela un atkritumu izvešana; Pārtikas produkti un piedevas cilvēku uzturam; lopbarības kultūras un piedevas dzīvnieku barībai; Būvmateriāli; raķešu degviela un propelenti.

Tāpat siltumspēju nosaka ar kalorimetriju degošu materiālu termodinamiskos pētījumos; enerģijas līdzsvara izpētē ekoloģijā; sprāgstvielās un termiskajos pulveros, kā arī mācot termodinamiskās pamatmetodes.

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). Adiabātiskā kalorimetrija un tās pielietojumi. Atgūts no: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Kalorimetrs. Atgūts no: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 22. jūnijs). Kalorimetra definīcija ķīmijā. Atgūts no: domaco.com
5. Gillespie, Klēra. (2018. gada 11. aprīlis). Kā darbojas kalorimetrs? Zinātne. Atgūts no: sciencing.com