KALORIMETR: HISTORIE, SOUČÁSTI, TYPY A JEJICH VLASTNOSTI - CHEMIE - 2025

Kalorimetr je zařízení používané pro měření změny teploty množství látky (obvykle voda) o známé měrné teplo. Tato změna teploty je způsobena teplem absorbovaným nebo uvolněným ve studovaném procesu; chemická látka, jedná-li se o reakci, nebo fyzikální, pokud se skládá ze změny fáze nebo stavu.

V laboratoři je nejjednodušším kalorimetrem, který lze nalézt v kávovém skle. Používá se k měření tepla absorbovaného nebo uvolněného při reakci při konstantním tlaku ve vodném roztoku. Reakce jsou vybrány tak, aby se zabránilo zásahu činidel nebo plynných produktů.

Zdroj: Ichwarsnur, z Wikimedia Commons Při exotermické reakci může být množství uvolněného tepla vypočteno z nárůstu teploty kalorimetru a vodného roztoku:

Množství tepla uvolněného při reakci = množství tepla absorbovaného kalorimetrem + množství tepla absorbovaného roztokem

Množství tepla, které kalorimetr absorbuje, se nazývá tepelná kapacita kalorimetru. To se stanoví dodáním známého množství tepla do kalorimetru danou hmotou vody. Poté se změří nárůst teploty kalorimetru a roztoku, který obsahuje.

Na základě těchto údajů a použití měrného tepla vody (4,18 J / g.ºC) lze vypočítat kalorickou kapacitu kalorimetru. Tato kapacita se také nazývá kalorimetrická konstanta.

Na druhé straně je teplo získané vodným roztokem rovné m · ce · Δt. Ve vzorci m = hmotnost vody, ce = měrné teplo vody a Δt = kolísání teploty. S vědomím toho všeho lze vypočítat množství tepla uvolněného exotermickou reakcí.

Historie kalorimetru

V roce 1780 francouzský chemik AL Lavoisier, považovaný za jednoho z otců chemie, použil morče k měření produkce tepla dýcháním.

Jak? Používání zařízení podobného kalorimetru. Teplo produkované morčatem bylo prokázáno tajícím sněhem, který obklopoval přístroj.

Vědci A. L Lavoisier (1743-1794) a PS Laplace (1749-1827) navrhli kalorimetr, který byl použit k měření měrného tepla v těle metodou tání ledu.

Kalorimetr sestával z válcovaného lakovaného plechového kelímku, podepřeného stativem a vnitřně zakončeného nálevkou. Uvnitř byla umístěna další sklenice, podobná té předchozí, s trubicí, která prošla vnější komorou a byla opatřena klíčem. Uvnitř druhé sklenice byl stojan.

Bytost nebo předmět, jehož specifické teplo mělo být určeno, bylo umístěno na tuto mřížku. Uvnitř soustředných sklenic, jako v košíku, byl umístěn led.

Teplo produkované tělem bylo absorbováno ledem, což způsobilo, že se roztavilo. A tekutý vodní produkt z tání ledu byl shromážděn, čímž se otevřel vnitřní skleněný klíč.

A konečně, s těžkou vodou, byla známa hmota roztaveného ledu.

Části

Nejpoužívanějším kalorimetrem ve výuce laboratoří chemie je tzv. Kalorimetr kávy. Tento kalorimetr sestává z kádinky nebo místo toho z nádoby z anime, která má určité izolační vlastnosti. Uvnitř této nádoby je vodný roztok umístěn s tělem, které bude produkovat nebo absorbovat teplo.

Víko vyrobené z izolačního materiálu se dvěma otvory je umístěno na horní části nádoby. V jednom je vložen teploměr pro měření změn teploty, a do druhého míchadlo, s výhodou vyrobené ze skleněného materiálu, které plní funkci pohybu obsahu vodného roztoku.

Obrázek ukazuje části kalorimetru bomby; je však vidět, že má teploměr a míchadlo, společné prvky v několika kalorimetrech.

Druhy a jejich vlastnosti

Šálek kávy

Je to ten, který se používá při stanovení tepla uvolňovaného exotermickou reakcí a teplo absorbované endotermickou reakcí.

Dále může být použit pro stanovení specifické teploty těla; to je množství tepla, které gram látky potřebuje absorbovat, aby zvýšila teplotu o jeden stupeň Celsia..

Kalorimetrická bomba

Jedná se o zařízení, ve kterém se měří množství tepla, které se uvolňuje nebo absorbuje při reakci, ke které dochází při konstantním objemu.

Reakce probíhá v silné ocelové nádobě (čerpadlo), která je ponořena ve velkém objemu vody. Tím se udržuje malá teplota vody. Proto se předpokládá, že změny spojené s reakcí jsou měřeny při konstantním objemu a teplotě.

To znamená, že při reakci v kalorimetru bomby se neprovádí žádná práce.

Reakce je zahájena dodávkou elektřiny prostřednictvím kabelů připojených k čerpadlu.

Adiabatický kalorimetr

Vyznačuje se izolační strukturou zvanou štít. Štít je umístěn kolem buňky, kde dochází ke změnám tepla a teploty. Rovněž je připojen k elektronickému systému, který udržuje jeho teplotu velmi blízkou teplotě buňky, čímž se zabraňuje přenosu tepla.

V adiabatickém kalorimetru je minimalizován teplotní rozdíl mezi kalorimetrem a jeho okolím; jakož i minimalizaci součinitele přestupu tepla a doby pro výměnu tepla.

Jeho části se skládají z následujících částí:

- Buňka (nebo kontejner), integrovaná do izolačního systému, pomocí kterého se snaží zabránit tepelným ztrátám.

- Teploměr pro měření změn teploty.

- Ohřívač, připojený k regulovatelnému zdroji elektrického napětí.

-A štít, již zmíněn.

U tohoto typu kalorimetru lze určit vlastnosti, jako je entropie, Debyeova teplota a stavová elektronová hustota.

Kalorimetr isoperibolu

Je to zařízení, ve kterém jsou reakční buňka a čerpadlo ponořeny do struktury zvané bunda. V tomto případě se tzv. Bunda skládá z vody udržované na konstantní teplotě.

Teplota článku a čerpadla stoupá, když se během procesu spalování uvolňuje teplo; Teplota vodní pláště se však udržuje na pevné teplotě.

Mikroprocesor reguluje teplotu buňky a pláště a provádí nezbytné korekce únikového tepla, které je výsledkem rozdílů mezi těmito dvěma teplotami.

Tyto korekce se provádějí nepřetržitě as konečnou korekcí na základě měření před a po zkoušce.

Průtokový kalorimetr

Vyvinuto společností Caliendar, má zařízení pro pohyb plynu v kontejneru konstantní rychlostí. Přidáním tepla se měří zvýšení teploty v tekutině.

Průtokový kalorimetr se vyznačuje:

- Přesné měření rychlosti konstantního průtoku.

- Přesné měření množství tepla přiváděného do tekutiny prostřednictvím ohřívače.

- Přesné měření zvýšení teploty plynu v důsledku vstupu energie

- Konstrukce pro měření kapacity plynu pod tlakem.

Kalorimetr pro diferenciální skenovací kalorimetrii

Je charakterizován tím, že má dva kontejnery: do jedné se umístí zkoumaný vzorek, zatímco druhý se ponechá prázdný nebo se použije referenční materiál.

Obě nádoby se zahřívají konstantní rychlostí energie pomocí dvou nezávislých ohřívačů. Když se obě nádoby začnou zahřívat, počítač zakreslí rozdíl v tepelném toku ohřívačů proti teplotě, čímž určí tepelný tok.

Dále může být stanovena změna teploty jako funkce času; a nakonec kalorická kapacita.

Aplikace

Ve fyzikální chemii

- Základní kalorimetry, typ šálku kávy, umožňují měřit množství tepla, které tělo vydává nebo absorbuje. V nich můžete určit, zda je reakce exotermická nebo endotermická. Dále může být stanovena měrná teplota těla.

- Pomocí adiabatického kalorimetru bylo možné určit entropii chemického procesu a elektronickou hustotu státu.

V biologických systémech

- mikrokalorimetry se používají ke studiu biologických systémů, které zahrnují interakce mezi molekulami, jakož i změny molekulárních konformací, ke kterým dochází; například při rozvíjení molekuly. Řádek zahrnuje jak diferenciální skenování, tak izotermální titraci.

- Mikrokalorimetr se používá při vývoji léčiv, bioterapeutik a vakcín s malou molekulou.

Kalorimetr kyslíkové pumpy a kalorická energie

V kalorimetru kyslíkové bomby dochází ke spalování mnoha látek a lze stanovit jeho kalorickou hodnotu. Mezi látky studované pomocí tohoto kalorimetru patří: uhlí a koks; jedlé oleje, těžké i lehké; benzín a všechna motorová paliva.

Stejně jako druhy paliv pro letadla; odpadní palivo a likvidace odpadu; potravinové výrobky a doplňky pro výživu lidí; pícniny a doplňky výživy pro zvířata; Konstrukční materiály; raketová paliva a pohonné hmoty.

Rovněž kalorická energie byla stanovena kalorimetrií v termodynamických studiích hořlavých materiálů; ve studiu energetické bilance v ekologii; ve výbušninách a termálních prášcích a ve výuce základních termodynamických metod.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chemie. (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). Adiabatická kalorimetrie a její aplikace. Obnoveno z: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Kalorimetr. Obnoveno z: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. června 2018). Definice kalorimetru v chemii. Obnoveno z: thinkco.com
5. Gillespie, Claire. (11. dubna 2018). Jak funguje kalorimetr? Sciencing. Obnoveno z: sciencing.com