KALORIMETAR: POVIJEST, DIJELOVI, VRSTE I NJIHOVE KARAKTERISTIKE - KEMIJA - 2026

Kalorimetar je uređaj koji se koristi za mjerenje promjena u temperaturi količinom tvari (obično voda) poznate specifične topline. Ova promjena temperature nastaje zbog topline koja se apsorbira ili oslobađa u procesu koji se proučava; kemijska ako je reakcija, ili fizička ako se sastoji od promjene faze ili stanja.

U laboratoriju se najjednostavniji kalorimetar može naći u čaši za kavu. Koristi se za mjerenje topline apsorbirane ili oslobođene reakcije pri konstantnom tlaku, u vodenoj otopini. Reakcije su odabrane da se izbjegne intervencija reagensa ili plinovitih proizvoda.

Izvor: Autor Ichwarsnur, iz Wikimedia Commons U egzotermnoj reakciji, količina oslobođene topline može se izračunati iz porasta temperature kalorimetra i vodene otopine:

Količina odabrane topline u reakciji = količina topline apsorbirane kalorimetrom + količina topline apsorbirane otopinom

Količina topline koju kalorimetar apsorbira naziva se kalorimetrovim toplinskim kapacitetom. To se određuje opskrbom kalorimetrom poznate količine topline s danom masom vode. Potom se mjeri porast temperature kalorimetra i otopine koju sadrži.

Pomoću tih podataka i upotrebe specifične topline vode (4,18 J / g.ºC) može se izračunati kalorijski kapacitet kalorimetra. Taj se kapacitet naziva i konstanta kalorimetra.

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

Povijest kalorimetra

Godine 1780. AL Lavoisier, francuski kemičar, koji se smatra jednim od očeva kemije, upotrijebio je zamorče za mjerenje proizvodnje topline svojim disanjem.

Kako? Upotreba uređaja sličnog kalorimetra. Toplina koju je proizvodio zamorac svjedočila je topljenju snijega koji je okruživao uređaj.

Istraživači A. L Lavoisier (1743-1794) i PS Laplace (1749-1827) dizajnirali su kalorimetar koji se koristio za mjerenje specifične topline tijela metodom topljenja leda.

Kalorimetar se sastojao od cilindričnog lakiranog kašikanog lima, podupiranog stativom i iznutra završenog lijevkom. Unutar nje stavljeno je još jedno staklo, slično prethodnoj, s cijevi koja je prošla kroz vanjsku komoru i bila je opremljena ključem. Unutar druge čaše bio je stalak.

Biće ili objekt čija se specifična toplina trebala odrediti bilo je smješteno na ovu mrežu. Led je stavljen unutar koncentričnih čaša, kao u košarici.

Toplina koju je proizvela tijelo apsorbirala je led, uzrokujući da se rastopi. A tekući vodeni produkt otapanja leda sakupljen je, otvarajući unutarnji ključ od stakla.

I konačno, s vodom teškom, bila je poznata masa rastopljenog leda.

dijelovi

Kalorimetar koji se najviše koristi u laboratorijima za nastavu kemije je takozvani kalorimetar za šalicu kave. Ovaj kalorimetar sastoji se od čaše, ili umjesto njega, spremnika od anime materijala koji ima određena izolacijska svojstva. Unutar ove posude nalazi se vodena otopina s tijelom koje će proizvoditi ili apsorbirati toplinu.

Poklopac izrađen od izolacijskog materijala s dvije rupe postavljen je na gornji dio spremnika. U jednoj se ugrađuje termometar za mjerenje promjena temperature, a u drugi miješalica, poželjno od staklenog materijala koja ispunjava funkciju pomicanja sadržaja vodene otopine.

Slika prikazuje dijelove kalorimetra s bombom; međutim, vidi se da ima termometar i miješalicu, zajedničke elemente u nekoliko kalorimetra.

Vrste i njihove karakteristike

Šalica kave

Ona se koristi u određivanju topline koja se oslobađa egzotermičkom reakcijom i topline apsorbirane u endotermičkoj reakciji.

Nadalje, može se koristiti za određivanje specifične topline tijela; to jest, količinu topline koju gram tvari treba apsorbirati da podigne temperaturu za jedan stupanj Celzijusa.,

Kalorimetrijska bomba

To je uređaj u kojem se mjeri količina topline koja se odaje ili apsorbira u reakciji koja nastaje pri konstantnom volumenu.

Reakcija se odvija u jakom čeličnom spremniku (pumpi) koji je uronjen u veliku količinu vode. Zbog toga se male temperature vode mijenjaju. Stoga se pretpostavlja da se promjene povezane s reakcijom mjere stalnim volumenom i temperaturom.

To ukazuje da se ništa ne radi kada se provodi reakcija na kalorimetru s bombom.

Reakcija započinje opskrbom električnom energijom kablovima povezanim na pumpu.

Adijabatski kalorimetar

Karakterizira ga izolacijska konstrukcija koja se zove štit. Štit se nalazi oko stanice u kojoj se događaju promjene topline i temperature. Isto tako, povezan je s elektroničkim sustavom koji održava svoju temperaturu vrlo blizu temperature stanice, čime se izbjegava prijenos topline.

U adiabatskom kalorimetru temperaturna razlika između kalorimetra i njegove okoline je smanjena; kao i minimiziranje koeficijenta prijenosa topline i vremena za izmjenu topline.

Njegovi se dijelovi sastoje od sljedećeg:

-Ćelija (ili spremnik), integrirani u sustav izolacije pomoću kojeg pokušava izbjeći gubitak topline.

- Termometar za mjerenje promjena temperature.

-Grijač, spojen na upravljani izvor električnog napona.

- I štit, već spomenuti.

U ovoj vrsti kalorimetra mogu se odrediti svojstva poput entropije, temperature Debyeja i gustoće elektrona stanja.

Izoperibol kalorimetar

To je uređaj u kojem su reakcijska ćelija i pumpa uronjeni u strukturu koja se zove omotač. U ovom se slučaju takozvana jakna sastoji od vode, koja se održava na konstantnoj temperaturi.

Temperatura ćelije i pumpe raste kako se toplina oslobađa tijekom procesa izgaranja; Ali temperatura vodene jakne održava se na fiksnoj temperaturi.

Mikroprocesor kontrolira temperaturu ćelije i omotača, čineći potrebne korekcije za toplinu curenja koja je rezultat razlika između dviju temperatura.

Te se korekcije primjenjuju kontinuirano i s konačnom korekcijom na temelju mjerenja prije i nakon ispitivanja.

Protok kalorimetar

Razvio ih je Caliendar, ima uređaj za kretanje plina u spremniku stalnom brzinom. Dodavanjem topline mjeri se porast temperature u tekućini.

Protok kalorimetra karakterizira:

- Točno mjerenje brzine konstantnog protoka.

- Precizno mjerenje količine topline koja se unosi u tekućinu kroz grijač.

- Točno mjerenje povećanja temperature plina uzrokovanog unosom energije

- Dizajn za mjerenje kapaciteta plina pod pritiskom.

Kalorimetar za diferencijalnu skenirajuću kalorimetriju

Karakterizira ga dva spremnika: u jedan se stavlja uzorak koji se proučava, a u drugi se ostavlja prazan ili se koristi referentni materijal.

Dvije posude zagrijavaju se stalnom brzinom energije pomoću dva neovisna grijača. Kad se dvije posude počnu zagrijavati, računalo će prikazati razliku toplinskog toka grijača u odnosu na temperaturu i tako odrediti toplinski tok.

Nadalje, može se odrediti odstupanje temperature kao funkcije vremena; i na kraju kalorijski kapacitet.

Prijave

U fizikohemiji

- Osnovni kalorimetri, vrsta šalice za kavu, omogućuju mjerenje količine topline koju tijelo odaje ili apsorbira. U njima možete utvrditi je li neka reakcija egzotermna ili endotermička. Nadalje, može se odrediti specifična toplina tijela.

- Pomoću adiabatskog kalorimetra 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 promjene molekularnih konformacija koje se događaju; na primjer, u rasklapanju molekule. Linija uključuje i diferencijalno skeniranje i izotermalno titriranje.

-Mikrokalorimetar se koristi u razvoju lijekova s ​​malim molekulama, bioterapeutika i cjepiva.

Kalorimetar i kalorijska snaga pumpe za kisik

U kalorimetru s kisikovom bombom dolazi do izgaranja mnogih tvari i može se utvrditi njegova kalorijska vrijednost. Među tvari koje su proučavane uporabom ovog kalorimetra su: ugljen i koks; jestiva ulja, teška i lagana; benzin i sva motorna goriva.

Kao i vrste goriva za mlazne zrakoplove; zbrinjavanje otpadnog goriva i otpada; prehrambeni proizvodi i dodaci prehrani ljudi; krmne kulture i dodaci za stočnu hranu; Građevinski materijal; raketna goriva i pogonska goriva.

Isto tako, kalorijska snaga određena je kalorimetrijom u termodinamičkim ispitivanjima zapaljivih materijala; u istraživanju ravnoteže energije u ekologiji; u eksplozivima i toplinskim prahovima te u učenju osnovnih termodinamičkih metoda.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (drugo). Adiabatska kalorimetrija i njezine primjene. Oporavak od: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018.). Kalorimetar. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (22. lipnja 2018.). Definicija kalorimetra u kemiji. Oporavilo od: misel.com
5. Gillespie, Claire. (11. travnja 2018.). Kako djeluje kalorimetar? Sciencing. Oporavilo od: sciaching.com