Povijest kalorimetra, dijelovi, vrste i njihove karakteristike

kalorimetar je uređaj koji se koristi za mjerenje promjene temperature neke tvari (obično vode) poznate specifične topline. Ova promjena temperature posljedica je topline koja se apsorbira ili otpušta u procesu koji se proučava; kemijski ako je reakcija, ili fizički ako se sastoji od faze ili promjene stanja.

U laboratoriju je najjednostavniji kalorimetar koji se može naći u šalici za kavu. Koristi se za mjerenje topline koja se apsorbira ili otpušta u reakciji pri konstantnom tlaku, u vodenoj otopini. Reakcije su odabrane kako bi se izbjegla intervencija reagensa ili plinovitih produkata.

U egzotermnoj reakciji, količina topline koja se oslobađa može se izračunati iz povećanja temperature kalorimetra i vodene otopine:

Količina topline koja se oslobađa u reakciji = količina topline koju apsorbira kalorimetar + količina topline koju apsorbira otopina

Količina topline koju apsorbira kalorimetar naziva se kalorimetrijski kalorični kapacitet. To se određuje dovođenjem poznate količine topline u kalorimetar s danom masom vode. Zatim se mjere povećanje temperature kalorimetra i otopine koju on sadrži.

S tim podacima i korištenjem specifične topline vode (4,18 J / g) može se izračunati kalorimetrijski kapacitet kalorimetra. Taj se kapacitet naziva i kalorimetrijskom konstantom.

S druge strane, toplina dobivena vodenom otopinom jednaka je m · ce · Δt. U formuli m = masa vode, ce = specifična toplina vode i Δt = promjena temperature. Znajući sve to, tada se može izračunati količina topline oslobođena egzotermičkom reakcijom.

indeks

• 1 Povijest kalorimetra
• 2 Dijelovi
• 3 Vrste i njihova obilježja
  • 3.1 Šalica za kavu
  • 3.2 Kalorimetrijska crpka
  • 3.3 Adijabatski kalorimetar
  • 3.4 Izoperibolički kalorimetar
  • 3.5 Protokalorimetar
  • 3.6 Kalorimetar za diferencijalnu skenirajuću kalorimetriju
• 4 Aplikacije
  • 4.1
  • 4.2 U biološkim sustavima
  • 4.3 Kalorimetar crpke za kisik i kalorijske snage
• 5 Reference

Povijest kalorimetra

Francuski kemičar A. L. Lavoisier, koji se smatra jednim od očeva kemije, koristio je 1780. godine zamorca kako bi svojim disanjem izmjerio proizvodnju topline..

Kako? Korištenje uređaja sličnog kalorimetru. Toplina proizvedena od zamorca dokazana je topljenjem snijega koji je okruživao aparat.

Istraživači A.L. Lavoisier (1743-1794) i P. S. Laplace (1749-1827) osmislili su kalorimetar koji je korišten za mjerenje specifične topline tijela metodom taljenja leda.

Kalorimetar se sastojao od valjkaste posude s kalajisanim posudama, lakirane, držane stativom i interno završene lijevkom. Unutra je postavljeno još jedno staklo, slično prethodnom, s cijevi koja je prolazila kroz vanjsku komoru i koja je dobila ključ. Unutar drugog stakla nalazila se rešetka.

U toj je rešetki postavljeno biće ili predmet čija se specifična toplina željela odrediti. Led je smješten unutar koncentričnih posuda, kao u košari.

Toplina koju je proizveo tijelo apsorbirana je u ledu, što je uzrokovalo njegovu fuziju. I tekući proizvod vode od topljenja leda je sakupljen, otvarajući ključ unutarnjeg stakla.

I konačno, vaganjem vode, poznata je masa rastaljenog leda.

dijelovi

Najčešće korišteni kalorimetar u laboratorijima za podučavanje kemije je tzv. Kalorimetar šalice za kavu. Ovaj kalorimetar se sastoji od čaše, ili umjesto toga, spremnika anime materijala koji ima određena izolacijska svojstva. Unutar ovog spremnika vodena otopina se stavlja u tijelo koje će proizvesti ili apsorbirati toplinu.

U gornjem dijelu spremnika postavljen je poklopac izolacijskog materijala s dvije rupe. U jednom se uvodi termometar za mjerenje temperaturnih promjena, au drugom miješalica, poželjno od staklenog materijala, koji obavlja funkciju pomicanja sadržaja vodene otopine..

Slika prikazuje dijelove kalorimetrijske pumpe; međutim, može se uočiti da ima termometar i miješalicu, zajedničke elemente u nekoliko kalorimetara.

Vrste i njihova obilježja

Šalica za kavu

To je onaj koji se koristi za određivanje topline oslobođene egzotermičkom reakcijom, a toplina koja se apsorbira u endotermnoj reakciji.

Osim toga, može se koristiti za određivanje specifične topline tijela; to jest, količina topline koju gram tvari treba apsorbirati da bi podigao temperaturu za jedan stupanj Celzijusa.  .

Kalorimetrijska pumpa

To je uređaj u kojem se mjeri količina topline koja se oslobađa ili apsorbira u reakciji koja se odvija na konstantnom volumenu.

Reakcija se odvija u snažnoj čeličnoj posudi (crpka), koja je uronjena u veliku količinu vode. Zbog toga su promjene temperature vode male. Stoga se pretpostavlja da su promjene povezane s reakcijom mjerene na konstantnoj temperaturi i volumenu.

Gore navedeno ukazuje da se ne obavlja nikakav posao kada se reakcija provodi u kalorimetrijskoj pumpi.

Reakcija započinje opskrbom električnom energijom preko kabela priključenih na crpku.

Adijabatski kalorimetar

Karakterizira ga izolacijska struktura koja se naziva štit. Štit se nalazi oko ćelije u kojoj se odvijaju promjene topline i temperature. Također je spojen na elektronički sustav koji održava svoju temperaturu vrlo blizu temperature u ćeliji, kako bi se izbjeglo prijenos topline.

U adijabatskom kalorimetru, temperaturna razlika između kalorimetra i okoline je minimizirana; kao i minimiziranje koeficijenta prijenosa topline i vremena za izmjenu topline.

Njegovi se dijelovi sastoje od sljedećeg:

-Ćelija (ili spremnik), integrirana u izolacijski sustav kojim se pokušava izbjeći gubitak topline.

-Termometar za mjerenje temperaturnih promjena.

-Grijač, spojen na kontrolirani izvor električnog napona.

-I štit, već spomenut.

U ovoj vrsti kalorimetra mogu se odrediti svojstva kao što je entropija, debejeva temperatura i gustoća elektroničkog stanja.

Izoperibolički kalorimetar

To je uređaj u kojem su reakcijska ćelija i pumpa uronjeni u strukturu nazvanu jakna. U tom slučaju, takozvana jakna se sastoji od vode, koja se čuva na stalnoj temperaturi.

Temperatura ćelije i pumpa rastu kako se toplina oslobađa tijekom procesa izgaranja; ali temperatura vodene jakne održava se na fiksnoj temperaturi.

Mikroprocesor kontrolira temperaturu ćelije i omotača, izvršavajući potrebne korekcije topline curenja koja proizlazi iz razlika između dviju temperatura.

Te se korekcije primjenjuju neprekidno is konačnom korekcijom na temelju mjerenja prije i poslije ispitivanja.

Kalorimetar protoka

Razvijen od strane Caliendar, ima uređaj za pomicanje plina u kontejneru konstantnom brzinom. Pri dodavanju topline mjeri se povećanje temperature u tekućini.

Kalorimetar protoka karakterizira:

- Točno mjerenje konstantne brzine protoka.

- Točno mjerenje količine topline unesene u tekućinu kroz grijač.

- Točno mjerenje porasta temperature plina uzrokovanog unosom energije

- Dizajn za mjerenje kapaciteta plina pod tlakom.

Kalorimetar za diferencijalnu pretražnu kalorimetriju

Karakterizira se s dva spremnika: u jednom se nalazi uzorak koji se ispituje, dok se drugi drži praznim ili se koristi referentni materijal.

Dvije se posude zagrijavaju konstantnom brzinom energije pomoću dva neovisna grijača. Kada počne zagrijavanje dva spremnika, računalo će prikazati razliku toplinskog protoka grijača prema temperaturi, čime će moći odrediti protok topline.

Osim toga, može se odrediti varijacija temperature kao funkcija vremena; i na kraju, kapacitet kalorija.

aplikacije

U fizikohemiji

-Osnovni kalorimetri, tip šalice za kavu, omogućuju mjerenje količine topline koju tijelo oslobađa ili apsorbira. Oni mogu odrediti da li je reakcija egzotermna ili endotermna. Osim toga, može se odrediti specifična toplina tijela.

-S adijabatskim kalorimetrom moguće je odrediti entropiju kemijskog procesa i elektronsku gustoću stanja.

U biološkim sustavima

-Mikrokalorimetri se koriste za proučavanje bioloških sustava koji uključuju interakcije između molekula, kao i molekularne konformacijske promjene koje se događaju; na primjer, u razvijanju molekule. Linija uključuje i diferencijalno skeniranje i izotermno titriranje.

-Mikrokalorimetar se koristi u razvoju lijekova malih molekula, bioterapija i cjepiva.

Kalorimetar i kalorijska snaga crpke za kisik

Izgaranje brojnih tvari odvija se u kalorimetru pumpe za kisik i može se odrediti njegova kalorijska snaga. Među ispitivanim tvarima korištenjem ovog kalorimetra su: ugljen i koks; jestiva ulja, teška i lagana; benzina i svih motornih goriva.

Kao i vrste goriva za zrakoplovne reaktore; otpad od goriva i odlaganje otpada; prehrambeni proizvodi i dodaci za ljudsku prehranu; krmni usjevi i dodaci za stočnu hranu; građevinski materijali; raketna i potisna goriva.

Isto tako, kalorijska snaga određena je kalorimetrijom u termodinamičkim istraživanjima gorivih materijala; u proučavanju energetske bilance u ekologiji; u eksplozivima i toplinskim prahovima te u podučavanju osnovnih termodinamičkih metoda.

reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izdanje). CENGAGE Učenje.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (s.f.). Adijabatska kalorimetrija i njezina primjena. Oporavio se od: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018.). Kalorimetar. Preuzeto s: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. lipnja 2018.) Definicija kalorimetra u kemiji. Preuzeto s: thoughtco.com
5. Gillespie, Claire. (11. travnja 2018.). Kako kalorimetar radi? Sciencing. Preuzeto s: sciencing.com