calorimetrie:het meten van de warmte van reacties

Een calorimeter is een apparaat dat wordt gebruikt om de hoeveelheid warmte te meten die wordt geabsorbeerd of afgegeven tijdens een chemische reactie of fysiek proces. Dit proces wordt calorimetrie genoemd . Hier is hoe het werkt:

1. De setup: Een calorimeter is in wezen een geïsoleerde container die is ontworpen om warmte -uitwisseling met de omgeving te voorkomen. Het bestaat meestal uit:

* Een reactievat: Dit is waar de reactie plaatsvindt.

* Een omliggend waterbad: Het reactievat wordt ondergedompeld in een bekende massa water, die werkt als een koellichaam.

* Een thermometer: Dit meet de temperatuurverandering van het waterbad.

* een roerder: Dit zorgt voor een uniforme temperatuurverdeling in het waterbad.

2. Het proces:

* reactie -initiatie: De chemische reactie wordt geïnitieerd in het reactievat.

* Warmteoverdracht: De warmte die wordt vrijgegeven of geabsorbeerd door de reactie wordt overgebracht naar het omliggende waterbad.

* Temperatuurverandering: De temperatuur van het waterbad verandert door de warmteoverdracht.

* Meet: De temperatuurverandering wordt geregistreerd door de thermometer.

3. Bereken de warmteoverdracht:

* Specifieke warmtecapaciteit (c): Dit is de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 1 gram van een stof met 1 graden Celsius te verhogen. Voor water is het ongeveer 4.184 J/g ° C.

* massa (m): Dit is de massa van het waterbad.

* temperatuurverandering (Δt): Dit is het verschil tussen de initiële en uiteindelijke temperaturen van het waterbad.

De formule om de overgedragen warmte te berekenen (Q) is:

q =m * c * Δt

Bijvoorbeeld:

Als 50 gram water in een calorimeter een temperatuurstijging van 2 graden Celsius ervaart, is de warmte die wordt geabsorbeerd door het water:

Q =50 g * 4.184 J/G ° C * 2 ° C =418.4 Joules

4. Enthalpy Change (ΔH):

* De overgedragen warmte (Q) is direct gerelateerd aan de enthalpieverandering (AH) van de reactie.

* Voor reacties die warmte vrijgeven (exotherme reacties), is ΔH negatief.

* Voor reacties die warmte absorberen (endotherme reacties), is AH positief.

Soorten calorimeters:

* Bombalorimeter: Gebruikt voor reacties met verbranding.

* Coffee-Cup-calorimeter: Eenvoudig en goedkoop voor algemene chemie -experimenten.

* differentiaal scannen calorimeter: Meet warmtestroom tijdens fysische en chemische veranderingen.

Beperkingen:

* Calorimeters zijn geen perfecte isolatoren, dus wat warmteverlies voor de omgeving is onvermijdelijk.

* Sommige reacties zijn moeilijk of gevaarlijk om in een calorimeter te presteren.

Over het algemeen biedt calorimetrie een waardevol hulpmiddel voor het bestuderen van de thermodynamica van chemische reacties en fysieke processen, waardoor wetenschappers de betrokken energieveranderingen kunnen kwantificeren.