Calorimeter historie, deler, typer og deres egenskaper



den kalorimeteret er en enhet som brukes til å måle temperaturendringen i en mengde stoff (vanligvis vann) med kjent spesifikk varme. Denne temperaturendringen skyldes at varmen absorbert eller frigjort i prosessen blir studert; kjemisk hvis det er en reaksjon, eller fysisk hvis den består av en fase eller tilstandsendring.

I laboratoriet er det enkleste kalorimeteret som finnes i kaffekoppen. Det brukes til å måle varmen absorbert eller frigjort i en reaksjon ved konstant trykk, i vandig oppløsning. Reaksjonene er valgt for å unngå intervensjon av reagenser eller gassformige produkter.

I en eksoterm reaksjon kan mengden varme som frigis beregnes ut fra økningen i temperaturen til kalorimeteret og den vandige løsning:

Mengden varme som frigjøres i reaksjonen = mengde varme absorbert av kalorimeteren + mengden varme absorbert av løsningen

Mengden varme som absorberes av kalorimeter kalles kalorimeterets kaloriekapasitet. Dette bestemmes ved å tilveiebringe 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 varmen til vannet (4,18 J / g.ºC), kan kalorimeterets kaloriekapasitet beregnes. Denne kapasiteten kalles også kalorimeterkonstanten.

På den annen side er varmen oppnådd av den vandige oppløsning lik m · ce · Δt. I formelen m = massen av vann, ce = spesifikk vannvarme og Δt = temperaturvariasjon. Å vite alt dette kan man da beregne mengden varme som frigjøres av den eksoterme reaksjonen.

index

  • 1 Kalorimeterets historie
  • 2 deler
  • 3 Typer og deres egenskaper
    • 3.1 Kaffekoppen
    • 3.2 Kalorimetrisk pumpe
    • 3.3 Den adiabatiske kalorimeteren
    • 3.4 Isoperibolisk kalorimeter
    • 3.5 Strømkalorimeteret
    • 3.6 Kalorimetre for differensiell skanningskalorimetri
  • 4 applikasjoner
    • 4.1 I fysisk kjemi
    • 4.2 I biologiske systemer
    • 4.3 Kalorimeter av oksygenpumpe og kaloriekraft
  • 5 referanser

Kalorimeterens historie

I 1780, ansett A. L. Lavoisier, fransk kjemiker, en av fedrene av kjemi, brukte en marsvin til å måle varmenes produksjon ved å puste seg.

Hvordan? Bruke en enhet som ligner en kalorimeter. Varmen produsert av marsvin ble påvist ved smelting av snøen som omgikk apparatet.

Forskere A. L Lavoisier (1743-1794) og P. S. Laplace (1749-1827) designet en kalorimeter som ble brukt til å måle kroppens spesifikke varme ved metoden til å smelte is.

Kalorimeteret besto av en tinnbelagt sylindrisk beger, lakkert, holdt av et stativ og internt avsluttet med en trakt. På innsiden ble et annet glass plassert, lik den forrige, med et rør som gikk gjennom det ytre kammeret og som var forsynt med en nøkkel. Innenfor det andre glasset var et rutenett.

I dette rutenettet ble det plassert vesen eller objektet hvis bestemt varme ønsket å bestemme seg. Is ble plassert inne i konsentriske fartøy, akkurat som i kurven.

Varmen som ble produsert av kroppen ble absorbert av isen, forårsaket dens fusjon. Og det flytende vannproduktet fra smeltingen av isen ble samlet opp, og åpnet nøkkelen til det indre glasset.

Og til slutt, vei vannet, var massen av den smeltete isen kjent.

deler

Den mest brukte kalorimeter i kjemiundervisningslaboratorier er den såkalte kaffekalorimeteren. Denne kalorimeter består av et beger, eller i stedet en beholder med anime materiale som har visse isolerende egenskaper. Inne i denne beholderen er den vandige løsningen plassert med kroppen som vil produsere eller absorbere varme.

I den øvre delen av beholderen er det plassert et deksel av isolerende materiale med to hull. I et innføres et termometer for å måle temperaturendringene, og i den andre en omrører, fortrinnsvis av glassmateriale, som utfører funksjonen av å flytte innholdet av den vandige løsning.

Bildet viser delene av en kalorimetrisk pumpe; Det kan imidlertid observeres at det har termometer og omrører, vanlige elementer i flere kalorimetre.

Typer og deres egenskaper

Kaffekoppen

Det er en som brukes i bestemmelsen av varmen som frigjøres ved en eksoterm reaksjon, og varmen absorberes i en endoterm reaksjon.

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

Den kalorimetriske pumpe

Det er en enhet hvor mengden varme som frigjøres eller absorberes i en reaksjon som oppstår ved konstant volum, måles.

Reaksjonen foregår i et sterkt stålfartøy (pumpen), som er nedsenket i et stort volum vann. Dette gjør endringene i vanntemperatur liten. Det antas derfor at endringene assosiert med reaksjonen måles ved konstant temperatur og volum.

Ovenstående indikerer at det ikke gjøres noe arbeid når en reaksjon utføres i en kalorimetrisk pumpe.

Reaksjonen starter ved å forsyne strøm via kabler koblet til pumpen.

Den adiabatiske kalorimeteren

Det er preget av å ha en isolerende struktur kalt skjold. Skjoldet er plassert rundt cellen hvor varme og temperaturendringer oppstår. Det er også koblet til et elektronisk system som opprettholder temperaturen svært nær cellens, for å unngå varmeoverføring.

I en adiabatisk kalorimeter blir temperaturforskjellen mellom kalorimeteret og omgivelsene minimert; samt minimere varmeoverføringskoeffisienten og tiden for varmeveksling.

Dens deler består av følgende:

-Cellen (eller beholderen), integrert i et isolasjonssystem som det er forsøkt å unngå varmetap.

-Termometeret, for å måle temperaturendringer.

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

-Og skjoldet, som allerede er nevnt.

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

Isoperibolisk kalorimeter

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

Temperaturen på cellen og pumpen stiger ettersom varmen slippes ut under forbrenningsprosessen; men temperaturen på vannkappen opprettholdes ved en fast temperatur.

En mikroprosessor styrer temperaturen til cellen og jakken, og gjør de nødvendige korreksjonene av lekkasjevarmen som skyldes forskjellene mellom de to temperaturene.

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

Strømkalorimeteret

Utviklet av Caliendar, den har en enhet for å flytte en gass i en beholder med konstant fart. Når varme tilsettes, måles temperaturøkningen i væsken.

Strømkalorimeteret er preget av:

- En nøyaktig måling av konstant strømningshastighet.

- Nøyaktig måling av mengden varme innført i væsken gjennom en varmeapparat.

- En nøyaktig måling av temperaturøkningen i gassen forårsaket av energiinngangen

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

Kalorimetre for differensiell skanningskalorimetri

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

De to fartøyene oppvarmes med konstant energihastighet ved hjelp av to uavhengige varmeovner. Når oppvarmingen av de to beholderne begynner, vil datamaskinen grafere differansen av varmeeffekten til varmeovnerne mot temperaturen, og dermed være i stand til å bestemme strømmen av varme.

I tillegg kan variasjonen av temperaturen som en funksjon av tiden bestemmes; og til slutt kaloriekapasiteten.

søknader

I fysisk kjemi

-De grunnleggende kalorimetrene, type kaffekopper, måler hvor mye varme en kropp frigjør eller absorberer. De kan bestemme om en reaksjon er eksoterm eller endoterm. I tillegg kan den spesifikke varmen til en kropp bestemmes.

-Med den adiabatiske kalorimeteren har det vært mulig å bestemme entropi av en kjemisk prosess og den elektroniske tetthet av staten.

I biologiske systemer

-Mikrokalorimetre brukes til å studere biologiske systemer som inkluderer interaksjoner mellom molekyler, samt molekylære konformasjonsendringer som oppstår; for eksempel i utfoldelsen av et molekyl. Linjen inkluderer både differensiell skanning og isotermisk titrering.

-Mikrokalorimeteret brukes i utviklingen av medisiner av små molekyler, bioterapeutiske midler og vaksiner.

Oksygen pumpe kalorimeter og kalorisk effekt

Forbrenningen av mange stoffer forekommer i oksygenpumpens kalorimeter, og dens kaloriekraft kan bestemmes. Blant stoffene som studeres ved bruk av denne kalorimeteren er: kull og koks; spiselige oljer, både tunge og lette; bensin og alle motorbrensler.

I tillegg til typer brensel for flyreaktorer; drivstoffavfall og avfallshåndtering; matvarer og kosttilskudd for menneskelig ernæring; fôravlinger og kosttilskudd til fôr; bygningsmaterialer; rakett og drivstoffbrensel.

På samme måte er kaloriekraften bestemt av kalorimetri i termodynamiske studier av brennbare materialer; i studien av energibalanse i økologi; i eksplosiver og termiske pulver og undervisning i grunnleggende termodynamiske metoder.

referanser

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