Calorimeter historie, dele, typer og deres egenskaber

den kalorimeter er en enhed, der bruges til at måle temperaturændringen i en mængde stof (normalt vand) med kendt specifik varme. Denne temperaturændring skyldes den varme, der absorberes eller frigives i processen, der undersøges; kemisk, hvis det er en reaktion eller fysisk, hvis den består af en fase eller tilstandsændring.

I laboratoriet er den enkleste kalorimeter, der kan findes, den af ​​kaffekoppen. Det bruges til at måle varmen absorberet eller frigivet i en reaktion ved konstant tryk i vandig opløsning. Reaktionerne vælges for at undgå indblanding af reagenser eller gasformige produkter.

I en eksoterm reaktion kan mængden af ​​varme, som frigives, beregnes ud fra stigningen i kalorimeterets temperatur og den vandige opløsning:

Mængde af varme, der frigives i reaktionen = mængde af varme absorberet af kalorimeteren + mængden af ​​varme absorberet af opløsningen

Mængden af ​​varme absorberet af kalorimeter kaldes kalorimeterets kaloriekapacitet. Dette bestemmes ved at levere en kendt mængde varme til kalorimeteret med en given masse vand. Derefter måles temperaturforøgelsen af ​​kalorimeteret og den opløsning, den indeholder.

Med disse data og brugen af ​​vandets specifikke varme (4,18 J / g.ºC) kan kalorimeterets kalorieevne beregnes. Denne kapacitet kaldes også kalorimeterkonstanten.

På den anden side er varmen opnået ved den vandige opløsning lig med m · ce · Δt. I formlen m = massen af ​​vand, ce = specifik vandvarme og Δt = variation af temperatur. Ved at kende alt dette kan man derefter beregne mængden af ​​varme frigivet af den eksoterme reaktion.

indeks

• 1 Kalorimeterens historie
• 2 dele
• 3 Typer og deres egenskaber
  • 3.1 Kaffekoppen
  • 3.2 Den kalorimetriske pumpe
  • 3.3 Den adiabatiske kalorimeter
  • 3.4 Isoperibolisk kalorimeter
  • 3.5 Strømkalorimeteret
  • 3.6 Kalorimeteret til differentialscanningskalorimetri
• 4 applikationer
  • 4.1 I fysisk kemi
  • 4.2 I biologiske systemer
  • 4.3 Kalorimeter af iltpumpe og kaloriekraft
• 5 referencer

Kalorimeterens historie

I 1780 betragtede A. L. Lavoisier, fransk kemiker, en af ​​fædrene af kemi, brugt en marsvin til at måle varmeproduktionen ved hans vejrtrækning.

Hvordan? Brug en enhed svarende til en kalorimeter. Varmen produceret af marsvinet blev påvist ved smeltning af sneen, der omringede apparatet.

Forskere A. L Lavoisier (1743-1794) og P. S. Laplace (1749-1827) konstruerede en kalorimeter, der blev brugt til at måle den specifikke varme af en krop ved metoden til at smelte is.

Kalorimeteret bestod af et tinbelagt cylindrisk bæger, lakeret, holdt af et stativ og internt afsluttet med en tragt. Indenfor blev der placeret et andet glas, som det foregående, med et rør, som gik gennem det ydre kammer, og som var forsynet med en nøgle. Inde i det andet glas var et gitter.

I dette net blev placeret det væsen eller objekt, hvis specifikke varme var ønsket at bestemme. Is blev anbragt inde i koncentriske fartøjer, ligesom i kurven.

Varmen produceret af kroppen blev absorberet af isen, hvilket forårsagede dens fusion. Og det flydende vandprodukt fra isens smeltning blev opsamlet og åbnet nøglen til det indre glas.

Og endelig vejer vandet, massen af ​​den smeltede is var kendt.

dele

Den mest almindeligt anvendte kalorimeter i kemiundervisningslaboratorier er den såkaldte kaffekalorimeter. Denne kalorimeter består af et bæger, eller i stedet en beholder af anime materiale, der har visse isolerende egenskaber. Inde i denne beholder placeres den vandige opløsning med kroppen, som vil producere eller absorbere varme.

I den øvre del af beholderen er der placeret et låg af isolerende materiale med to huller. I et indføres et termometer til måling af temperaturændringerne og i den anden en omrører, fortrinsvis af glasmateriale, som udfører funktionen til at flytte indholdet af den vandige opløsning.

Billedet viser dele af en kalorimetrisk pumpe; Det kan dog bemærkes, at det har termometer og omrører, fælles elementer i flere kalorimetre.

Typer og deres egenskaber

Kaffekoppen

Det er en, der anvendes til bestemmelse af varmen frigivet ved en eksoterm reaktion, og varmen absorberes i en endotherm reaktion.

Derudover kan den bruges til at bestemme den specifikke varme i en krop; det vil sige mængden af ​​varme, som et gram af stoffet skal absorbere for at hæve temperaturen med en grad Celsius.  .

Den kalorimetriske pumpe

Det er en anordning, hvor mængden af ​​varme, der frigives eller absorberes i en reaktion, som finder sted ved konstant volumen, måles.

Reaktionen finder sted i et stærkt stålfartøj (pumpen), som nedsænkes i et stort volumen vand. Dette gør ændringerne i vandtemperatur lille. Det antages derfor, at ændringerne forbundet med reaktionen måles ved konstant temperatur og volumen.

Ovenstående angiver, at der ikke udføres noget arbejde, når en reaktion udføres i en kalorimetrisk pumpe.

Reaktionen starter ved at forsyne elektricitet via kabler forbundet til pumpen.

Den adiabatiske kalorimeter

Det er kendetegnet ved at have en isolerende struktur kaldet et skjold. Skærmen er placeret rundt om cellen, hvor der opstår varme- og temperaturændringer. Det er også forbundet med et elektronisk system, der opretholder sin temperatur meget tæt på cellen, for at undgå varmeoverførsel.

I en adiabatisk kalorimeter minimeres temperaturforskellen mellem kalorimeteret og dens omgivelser. samt minimere varmeoverførselskoefficienten og tidspunktet for varmeudveksling.

Dens dele består af følgende:

-Cellen (eller beholderen), integreret i et isoleringssystem, hvormed det forsøges at undgå varmetab.

-Termometeret, til måling af temperaturændringer.

-En varmeapparat, der er forbundet til en styrbar kilde til elektrisk spænding.

-Og skjoldet, der allerede er nævnt.

I denne type kalorimeter kan egenskaber som entropi, Debye temperatur og elektronisk tilstandstæthed bestemmes.

Den isoperiboliske kalorimeter

Det er en enhed, hvor reaktionscellen og pumpen er nedsænket i en struktur kaldet en jakke. I dette tilfælde består den såkaldte jakke af vand, der holdes ved konstant temperatur.

Temperaturen af ​​cellen og pumpen stiger, da varme frigives under forbrændingsprocessen; men temperaturen af ​​vandkappen opretholdes ved en fast temperatur.

En mikroprocessor styrer temperaturen på cellen og jakken, hvilket gør de nødvendige korrektioner af lækagevarmen, som skyldes forskellene mellem de to temperaturer.

Disse korrektioner anvendes kontinuerligt og med en endelig korrektion baseret på målingerne før og efter testen.

Strømkalorimeteret

Udviklet af Caliendar, det har en enhed til at flytte en gas i en beholder med konstant hastighed. Ved tilsætning af varme måles temperaturforøgelsen i væsken.

Strømkalorimeteret er kendetegnet ved:

- En præcis måling af den konstante strømningshastighed.

- Nøjagtig måling af mængden af ​​varme indført i væsken gennem en varmelegeme.

- En nøjagtig måling af temperaturforøgelsen i gassen forårsaget af energiindgangen

- Et design til måling af gasens kapacitet under tryk.

Kalorimetre til differentialscanningskalorimetri

Det er karakteriseret ved at have to beholdere: i den ene er prøven, der skal studeres, placeret, mens den anden holdes tom eller et referencemateriale anvendes.

De to fartøjer opvarmes med konstant energihastighed ved hjælp af to uafhængige varmelegemer. Når opvarmningen af ​​de to beholdere begynder, vil computeren grave forskellen på varmeflowet af varmeapparaterne mod temperaturen og dermed være i stand til at bestemme strømmen af ​​varme.

Derudover kan variationen af ​​temperaturen som funktion af tiden bestemmes; og endelig kalorieindholdet.

applikationer

I fysisk kemi

-De grundlæggende kalorimetre, type kaffekop, tillader at måle mængden af ​​varme, som en krop frigiver eller absorberer. De kan afgøre, om en reaktion er eksoterm eller endoterm. Derudover kan den specifikke varme i en krop bestemmes.

-Med den adiabatiske kalorimeter har det været muligt at bestemme entropien af ​​en kemisk proces og den elektroniske tæthed af staten.

I biologiske systemer

-Mikrokalorimetre bruges til at studere biologiske systemer, der indbefatter interaktioner mellem molekyler, såvel som de molekylære konformationelle ændringer, der forekommer; for eksempel i udfoldningen af ​​et molekyle. Linjen indeholder både differentiel scanning og isotermisk titrering.

-Mikrokalorimeteret anvendes til udvikling af lægemidler af små molekyler, bioterapeutika og vacciner.

Oxygenpumpe kalorimeter og kaloriekraft

Forbrændingen af ​​adskillige stoffer forekommer i iltpumpens kalorimeter, og dens kaloriekraft kan bestemmes. Blandt de stoffer, der studeres ved brug af denne kalorimeter er: kul og koks; spiselige olier, både tunge og lette; benzin og alle motorbrændstoffer.

Samt typerne af brændstoffer til flyreaktorer; brændstofaffald og bortskaffelse af affald fødevarer og kosttilskud til menneskelig ernæring; foderafgrøder og kosttilskud til dyrefoder; byggematerialer; raket og drivbrændstoffer.

På samme måde er kalorienergien blevet bestemt ved kalorimetri i termodynamiske undersøgelser af brændbare materialer; i undersøgelsen af ​​energibalance i økologi; i sprængstoffer og termiske pulvere og i undervisningen af ​​grundlæggende termodynamiske metoder.

referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (s.f.). Adiabatisk kalorimetri og dens anvendelser. Gendannet fra: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Kalorimeter. Hentet fra: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. juni 2018). Calorimeter Definition i kemi. Hentet fra: thoughtco.com
5. Gillespie, Claire. (11. april 2018). Hvordan virker en kalorimeter? Sciencing. Hentet fra: sciencing.com