CALORIMETER: HISTORIA, DELAR, TYPER OCH DERAS EGENSKAPER - KEMI - 2026

Den kalorimeter är en anordning som används för att mäta förändringen i temperatur hos en kvantitet av substans (vanligen vatten) av känd specifik värme. Denna temperaturförändring beror på värmen som absorberas eller frigörs i processen som studeras; kemisk om det är en reaktion, eller fysisk om den består av en fas- eller tillståndsförändring.

På laboratoriet är den enklaste kalorimetern som kan hittas den av kaffeglaset. Det används för att mäta den värme som absorberas eller frigörs i en reaktion vid konstant tryck, i vattenlösning. Reaktionerna väljs för att undvika ingrepp av reagens eller gasformiga produkter.

Källa: Av Ichwarsnur, från Wikimedia Commons I en exoterm reaktion kan mängden frisläppt värme beräknas utifrån ökningen i kalorimetern och vattenlösningen:

Mängd värme som avges i reaktionen = mängd värme som absorberats av kalorimetern + mängd värme som absorberats av lösningen

Mängden värme som kalorimetern tar upp kallas kalorimeterns värmekapacitet. Detta bestäms genom att tillföra en känd mängd värme till kalorimetern med en given massa vatten. Därefter mäts temperaturökningen på kalorimetern och den lösning den innehåller.

Med dessa data och användningen av den specifika vattenvärmen (4,18 J / g.ºC) kan kalorimeterns kalorimetal beräknas. Denna kapacitet kallas också kalorimeterkonstanten.

Å andra sidan är värmen som erhålls genom den vattenhaltiga lösningen lika med mec · t. I formeln m = massa vatten, ce = specifik värme för vatten och =t = temperaturvariation. När man vet allt detta kan man sedan beräkna mängden värme som frigörs genom den exoterma reaktionen.

Kalorimeterns historia

År 1780 använde AL Lavoisier, en fransk kemist, betraktad som en av fäderna till kemi, ett marsvin för att mäta produktionen av värme genom dess andning.

Hur? Använda en enhet som liknar en kalorimeter. Värmen som producerats av marsvinet visades av den smältsnö som omgav apparaten.

Forskarna A. L Lavoisier (1743-1794) och PS Laplace (1749-1827) utformade en kalorimeter som användes för att mäta den specifika värmen i en kropp med metoden att smälta is.

Kalorimetern bestod av en cylindrisk lackerad tennkopp, stödd av ett stativ och internt avslutat med en tratt. Inuti den placerades ytterligare ett glas, liknande det föregående, med ett rör som passerade genom ytterkammaren och var försedd med en nyckel. Inuti det andra glaset var ett rack.

Varelsen eller objektet vars specifika värme skulle bestämmas placerades på detta rutnät. Is placerades i koncentriska glasögon, som i korgen.

Värmen som producerades av kroppen absorberades av isen, vilket fick den att smälta. Och flytande vattenprodukten från smältningen av isen samlades, vilket öppnade den inre glasnyckeln.

Och slutligen, med vattnet tungt, var den smälta isens massa känd.

Delar

Den mest använda kalorimetern i kemiundervisningslaboratorier är den så kallade kaffekoppskalorimetern. Denna kalorimeter består av en bägare eller istället en behållare av animmaterial som har vissa isolerande egenskaper. Inuti denna behållare placeras den vattenhaltiga lösningen med kroppen som kommer att producera eller absorbera värme.

Ett lock tillverkat av isolerande material med två hål placeras på den övre delen av behållaren. I den ena sätts en termometer in för att mäta temperaturförändringar, och i den andra en omrörare, företrädesvis gjord av glasmaterial, som uppfyller funktionen att flytta innehållet i vattenlösningen.

Bilden visar delar av en bombkalorimeter; det kan dock ses att den har termometern och omröraren, vanliga element i flera kalorimetrar.

Typer och deras egenskaper

Koppen kaffe

Det är den som används vid bestämningen av värmen som frigörs genom en exoterm reaktion och värmen som absorberas i en endoterm reaktion.

Dessutom kan den användas för att bestämma en kropps specifika värme; det vill säga mängden värme som ett gram av ämnet behöver absorbera för att höja temperaturen med en grad Celsius. .

Den kalorimetriska bomben

Det är en anordning i vilken mängden värme som avges eller absorberas i en reaktion som uppstår med konstant volym mäts.

Reaktionen äger rum i en stark stålbehållare (pumpen), som är nedsänkt i en stor volym vatten. Detta håller vattentemperaturförändringarna små. Därför antas att förändringarna associerade med reaktionen mäts vid konstant volym och temperatur.

Detta indikerar att inget arbete utförs när en reaktion utförs i en bombkalorimeter.

Reaktionen startas genom att tillföra el genom kablar anslutna till pumpen.

Den adiabatiska kalorimetern

Det kännetecknas av att ha en isolerande struktur som kallas en sköld. Skölden är placerad runt cellen där värme- och temperaturförändringar inträffar. På samma sätt är det anslutet till ett elektroniskt system som håller sin temperatur mycket nära cellens temperatur och därmed undviker värmeöverföring.

I en adiabatisk kalorimeter minimeras temperaturskillnaden mellan kalorimetern och dess omgivning; samt minimera värmeöverföringskoefficienten och tiden för värmeväxling.

Dess delar består av följande:

-Cellen (eller behållaren), integrerad i ett isoleringssystem med vilken den försöker undvika värmeförlust.

-Termometern, för att mäta temperaturförändringar.

-En värmare, ansluten till en styrbar källa för elektrisk spänning.

-Och skölden, redan nämnd.

I denna typ av kalorimeter kan egenskaper såsom entropi, Debye-temperatur och tillståndselektrondensitet bestämmas.

Isoperibol kalorimeter

Det är en anordning där reaktionscellen och pumpen är nedsänkta i en struktur som kallas en mantel. I detta fall består den så kallade jackan av vatten som hålls vid en konstant temperatur.

Cellens och pumpens temperatur stiger när värme släpps under förbränningsprocessen; Men temperaturen på vattenjackan hålls vid en fast temperatur.

En mikroprocessor styr temperaturen på cellen och manteln och gör de nödvändiga korrigeringarna för läckagevärmen som är resultatet av skillnaderna mellan de två temperaturerna.

Dessa korrigeringar tillämpas kontinuerligt och med en slutlig korrigering, baserat på mätningar före och efter testet.

Flödet kalorimeter

Utvecklad av Caliendar och har en enhet för att flytta en gas i en behållare med konstant hastighet. Genom att tillsätta värme mäts temperaturökningen i vätskan.

Flödeskalorimetern kännetecknas av:

- En exakt mätning av hastigheten på konstant flöde.

- Noggrann mätning av mängden värme som införts i vätskan genom en värmare.

- En exakt mätning av temperaturökningen i gasen orsakad av energiinmatningen

- En konstruktion för att mäta kapaciteten hos en gas under tryck.

Kalorimetern för differentiell skanningskalorimetri

Det kännetecknas av att ha två behållare: i den ena placeras provet som ska studeras, medan det andra hålls tomt eller ett referensmaterial används.

De två kärlen värms upp med en konstant energihastighet med hjälp av två oberoende värmare. När uppvärmningen av de två fartygen börjar kommer datorn att plotta skillnaden i värmeflöde från värmaren mot temperaturen, vilket gör att värmeflödet kan bestämmas.

Vidare kan variationen av temperaturen som funktion av tiden bestämmas; och slutligen kalorikapaciteten.

tillämpningar

Inom fysikkemi

-De grundläggande kalorimetrarna, kaffekopptyp, gör det möjligt att mäta mängden värme som en kropp avger eller absorberar. I dem kan du avgöra om en reaktion är exoterm eller endoterm. Vidare kan den specifika värmen hos en kropp bestämmas.

-Med den adiabatiska kalorimetern har det varit möjligt att bestämma entropin för en kemisk process och tillståndets elektroniska densitet.

I biologiska system

-Mikrokalorimetrar används för att studera biologiska system som inkluderar interaktioner mellan molekyler, såväl som de molekylära konformationella förändringarna som inträffar; till exempel vid utvecklingen av en molekyl. Linjen inkluderar både differentiell skanning och isoterm titrering.

-Mikrokalorimetern används för utveckling av små molekylläkemedel, bioterapeutika och vacciner.

Calorimeter för syrepump och kalorikraft

I syrebomkalorimetern sker förbränningen av många ämnen och dess kalorivärde kan bestämmas. Bland de ämnen som studerats genom användning av denna kalorimeter är: kol och koks; ätliga oljor, både tunga och lätta; bensin och alla motorbränslen.

Samt typer av bränslen för flygplan; avfallsbränsle och avfallshantering; livsmedelsprodukter och kosttillskott för människors näring; fodergrödor och kosttillskott för djurfoder; Byggmaterial; raketbränslen och drivmedel.

På samma sätt har kalorikraften bestämts genom kalorimetri i termodynamiska studier av brännbara material; i studien av energibalans i ekologi; i sprängämnen och värmepulver och i undervisningen i grundläggande termodynamiska metoder.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). Adiabatisk kalorimetri och dess tillämpningar. Återställd från: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Kalorimeter. Återställd från: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juni 2018). Calorimeter Definition i kemi. Återställd från: thoughtco.com
5. Gillespie, Claire. (11 april 2018). Hur fungerar en kalorimeter? Sciencing. Återställd från: sciencing.com