KALORIMÉTER: TÖRTÉNELEM, ALKATRÉSZEK, TÍPUSOK ÉS JELLEMZŐIK - KÉMIA - 2026

A kaloriméter egy olyan eszköz, amelynek ismert fajlagos hőmennyisége (általában víz) hőmérsékletének változása mérhető. Ez a hőmérséklet-változás a vizsgált folyamatban elnyelt vagy felszabadult hőnek köszönhető; kémiai, ha ez reakció, vagy fizikai, ha fázisból vagy állapotváltozásból áll.

A laboratóriumban a legegyszerűbb kaloriméter, amely megtalálható, a kávésüveg. Állandó nyomáson történő reakció során elnyelt vagy felszabadult hő mérésére szolgál vizes oldatban. A reakciókat úgy választják meg, hogy elkerüljék a reagensek vagy gáznemű termékek beavatkozását.

Forrás: Ichwarsnur, a Wikimedia Commons-tól

A reakcióban kibocsátott hőmennyiség = a kaloriméter által abszorbeált hőmennyiség + az oldat által abszorbeált hőmennyiség

Az a hőmennyiség, amelyet a kaloriméter elnyel, a kalorimeter hőkapacitása. Ezt úgy határozzuk meg, hogy ismert mennyiségű hőt juttatunk el a kaloriméterbe egy adott vízmennyiséggel. Ezután megmérjük a kaloriméter és az abban lévő oldat hőmérséklet-emelkedését.

Ezekkel az adatokkal és a fajlagos vízhő felhasználásával (4,18 J / g.ºC) kiszámolható a kaloriméter kalóriakapacitása. Ezt a kapacitást kalorimeter állandónak is hívják.

Másrészt a vizes oldat által termelt hő megegyezik m · ce · Δt értékkel. Az m képletben a víz tömege, ce = a víz fajlagos hője és Δt = a hőmérséklet-változás. Mindezt tudva kiszámolhatja az exoterm reakció által kibocsátott hőmennyiséget.

A kaloriméter története

1780-ban az AL Lavoisier, a kémia egyik atyjának tartott francia vegyész tengerimalacot használt a hőeljutás mérésére a légzésével.

Hogyan? A kaloriméterhez hasonló eszköz használata. A tengerimalac által termelt hőt a készüléket körülvevő olvadó hó bizonyította.

A kutatók A. L Lavoisier (1743-1794) és a PS Laplace (1749-1827) olyan kalorimétert terveztek, amelyet a test fajlagos hőjének mérésére használtak a jégolvadás módszerével.

A kaloriméter hengeres, lakkozott ónpohárból állt, amelyet állvány támasztott alá és egy tölcsérrel bezárt. Benne egy másik üveg, az előzőhöz hasonlóan, egy, a külső kamrát átlépő csővel, kulccsal van felszerelve. A második üvegen belül volt egy állvány.

A lényt vagy tárgyat, amelynek fajlagos hőjét meg kellett határozni, ráhelyezték erre a rácsra. A koncentrikus üvegekbe jég került, mint a kosárban.

A test által termelt hőt a jég felszívta, ami megolvadt. És a jég olvadásának folyékony víztermékét összegyűjtötték, kinyitva a belső üvegkulcsot.

És végül, a nehéz víz miatt megismerkedett az olvadt jég tömege.

Alkatrészek

A kémia oktató laboratóriumaiban a legszélesebb körben alkalmazott kaloriméter az úgynevezett kávéscsésze kaloriméter. Ez a kaloriméter főzőpohárból áll, vagy ehelyett anime anyagból készült tartályból áll, amely bizonyos szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik. Ezen tartály belsejében a vizes oldatot azzal a testtel helyezik el, amely hőt termel vagy elnyel.

A tartály felső részén szigetelő anyagból készült két nyílással ellátott fedelet helyeznek el. Az egyikben hőmérőt helyeznek be a hőmérséklet-változások mérésére, a másikban egy keverőt, előnyösen üvegből készült, amely a vizes oldat tartalmának mozgatására szolgál.

A kép egy bomba kaloriméter részeit mutatja; látható azonban, hogy hőmérővel és keverővel rendelkezik, több kaloriméterben közös elemekkel.

Típusok és jellemzőik

A csésze kávét

Ezt használják az exoterm reakció által kibocsátott hő és az endoterm reakcióban abszorbeált hő meghatározására.

Ezenkívül felhasználható a test fajlagos hőének meghatározására; vagyis az a hőmennyiség, amelyet az anyag egy grammjának el kell abszorbeálnia, hogy hőmérséklete egy Celsius-fokkal megemelkedjen..

A kalorimetrikus bomba

Ez egy eszköz, amelyben megmérik az állandó térfogatú reakcióban kibocsátott vagy elnyelt hőmennyiséget.

A reakció egy erős acéltartályban (szivattyú) zajlik, amelyet nagy mennyiségű vízbe merítünk. Ez a víz hőmérsékleti változásait kismértékben tartja. Ezért feltételezzük, hogy a reakcióval kapcsolatos változásokat állandó térfogaton és hőmérsékleten mérjük.

Ez azt jelzi, hogy nem történik munka, ha a reakciót bomba kaloriméterben hajtják végre.

A reakciót úgy indítják el, hogy áramot szolgáltatnak a szivattyúhoz csatlakoztatott kábeleken keresztül.

Az adiabatikus kaloriméter

Jellemzője, hogy pajzsnak nevezett szigetelő szerkezettel rendelkezik. A pajzs a cella körül helyezkedik el, ahol hő- és hőmérsékleti változások történnek. Hasonlóképpen, egy olyan elektronikus rendszerhez van csatlakoztatva, amely hőmérséklete nagyon közel áll a cella hőmérsékletéhez, elkerülve ezzel a hőátadást.

Adiabatikus kaloriméterben a hőmérséklet-különbség a kaloriméter és a környezete között minimálisra csökken; valamint minimalizálja a hőátadási együtthatót és a hőcserélés idejét.

Alkatrészei a következők:

-A cellát (vagy tartályt) integrálva egy szigetelő rendszerbe, amelynek segítségével megpróbálja elkerülni a hőveszteséget.

-A hőmérő, a hőmérséklet változásának mérésére.

-Fűtőkészülék, szabályozható elektromos feszültségforráshoz csatlakoztatva.

- És a pajzs, amelyet már említettem.

Az ilyen típusú kaloriméterben olyan tulajdonságok határozhatók meg, mint az entrópia, a debye-hőmérséklet és az elektron elektron sűrűsége.

Az izoperibol kaloriméter

Ez egy eszköz, amelyben a reakcióelemet és a szivattyút egy burkolatnak nevezett szerkezetbe merítik. Ebben az esetben az úgynevezett kabát vízből áll, amelyet állandó hőmérsékleten tartanak.

A cella és a szivattyú hőmérséklete megemelkedik, amikor a hő felszabadul az égési folyamat során; A vízköpeny hőmérsékletét azonban rögzített hőmérsékleten tartják.

A mikroprocesszor szabályozza a cella és a köpeny hőmérsékletét, elvégezve a szivárgás hőjéhez szükséges korrekciókat, amelyek a két hőmérséklet közötti különbségekből származnak.

Ezeket a korrekciókat folyamatosan alkalmazzák, végső korrekcióval, a vizsgálat előtti és utáni mérések alapján.

Az áramlási kaloriméter

A Caliendar által kifejlesztett készülékkel rendelkezik, amely állandó sebességgel mozgatja a gázt egy tartályban. Hő hozzáadásával megmérjük a folyadék hőmérsékletének növekedését.

Az áramlásmérőt az alábbiak jellemzik:

- Az állandó áramlás sebességének pontos mérése.

- A folyadékba fűtött hőmennyiség pontos mérése.

- A gáz energiabevitel által okozott hőmérsékleti növekedésének pontos mérése

- A nyomás alatt lévő gáz kapacitásának mérésére szolgáló terv.

A különféle letapogató kalorimetria kalorimétere

Jellemzője, hogy két tartály van: az egyikben a vizsgálandó mintát helyezik, míg a másikat üresen tartják, vagy referenciaanyagot használnak.

A két edényt állandó energiamennyiséggel hevítik két független melegítő segítségével. Amikor a két edény felmelegszik, a számítógép felrajzolja a melegítők hőáramának különbségét a hőmérséklethez viszonyítva, ezáltal meghatározva a hőáramot.

Ezenkívül meghatározható a hőmérséklet idő függvényében bekövetkező változása; és végül a kalóriakapacitás.

Alkalmazások

A fizikokémia területén

-Az alapvető kaloriméterek, kávéscsésze, lehetővé teszik a hő mennyiségének mérését, amelyet a test ad ki vagy elnyel. Ezekben meghatározhatja, hogy a reakció exoterm vagy endoterm. Ezenkívül meg lehet határozni a test fajlagos hőjét.

-Az adiabatikus kaloriméter segítségével meghatározható volt a kémiai eljárás entrópiája és az állapot elektronikus sűrűsége.

Biológiai rendszerekben

-Mikrokalorimetrákat használnak olyan biológiai rendszerek tanulmányozására, amelyek tartalmazzák a molekulák közötti kölcsönhatásokat, valamint a bekövetkező molekuláris konformációs változásokat; például egy molekula kinyitásakor. A vonal mind a differenciális letapogatást, mind az izoterm titrálást magában foglalja.

-A mikrokalorimétert kismolekulájú gyógyszerek, bioterápiák és vakcinák fejlesztésére használják.

Oxigénszivattyú kaloriméter és kalóriateljesítmény

Az oxigénbomba kaloriméterben sok anyag ég el, és annak kalóriaértéke meghatározható. Ennek a kaloriméternek a felhasználásával tanulmányozott anyagok a következők: szén és koksz; étkezési olajok, mind nehéz, mind könnyű; benzin és minden üzemanyag.

Csakúgy, mint a repülőgépek fúvókáinak üzemanyagai; hulladék üzemanyag és hulladék ártalmatlanítása; Élelmi termékek és kiegészítők emberi táplálkozáshoz; takarmánynövények és takarmánykiegészítők; Építőanyagok; rakétaüzemanyagok és hajtóanyagok.

Hasonlóképpen, a kalóriateljesítményt kalorimetriával határozták meg éghető anyagok termodinamikai vizsgálata során; az energiaelosztás tanulmányozása az ökológiában; robbanóanyagokban és hőporokban, valamint az alapvető termodinamikai módszerek tanításában.

Irodalom

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
2. González J., Cortés L. és Sánchez A. (második). Adiabatikus kalorimetria és alkalmazásai. Helyreállítva: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Hőmennyiségmérő. Helyreállítva: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. június 22.). A kaloriméter meghatározása a kémiában. Helyreállítva: gondolat.com
5. Gillespie, Claire. (2018. április 11.) Hogyan működik a kaloriméter? Sciencing. Helyreállítva: sciencing.com