Door John Brennan | Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Overzicht

Calorimeters kwantificeren de warmteverandering in chemische reacties of fysieke transformaties, zoals het smelten van ijs. Het kennen van de calorimeterconstante is essentieel voor het omzetten van temperatuurveranderingen in energiewaarden en voor het nauwkeurig interpreteren van de reactiethermodynamica. Deze gids leidt u door een praktische, reproduceerbare methode voor het kalibreren van een eenvoudige koffiekopjescalorimeter.

Veiligheidsmaatregelen

• Draag een laboratoriumjas, veiligheidsbril en handschoenen.
• Plaats nooit haar, kleding of brandbare materialen in de buurt van open vuur.
• Ga voorzichtig om met heet water (≈80°C) om brandwonden te voorkomen.

Materialen

• Calorimeter voor koffiekopjes (twee piepschuimbekers, deksel, thermometer)
• Twee digitale of kwikthermometers
• Bunsenbrander, aansteker, ringstandaard, klem, draadgaas
• Droge beker van 150 ml
• Schaal nauwkeurig tot op 0,01 g
• Gegradueerde cilinder
• Spreadsheetsoftware (Excel, OpenOffice Calc)
• Rekenmachine
• Water (kamertemperatuur en warm)
• Laboratoriumjas, veiligheidsbril, handschoenen

Procedure

1. Monteer de calorimeter. Plaats de ene piepschuimbeker in de andere, zet het deksel vast en plaats een thermometer in de beker via een klein gaatje in het deksel.
2. Weeg de lege calorimeter. Noteer de massa tot op 0,01 g nauwkeurig.
3. Voeg 50 ml koud water toe. Gebruik een maatcilinder; Het precieze volume is in dit stadium niet van cruciaal belang. Weeg de calorimeter opnieuw en bereken de watermassa op basis van het gewichtsverschil.
4. Weeg het bekerglas. Noteer de massa. Voeg 50 ml water toe, weeg opnieuw en bereken de massa van het hete water.
5. Verwarm het water. Plaats het bekerglas op het draadgaas boven de bunsenbrander, plaats een thermometer en verwarm zachtjes tot ≈80°C, vermijd snel koken.
6. Roer de calorimeter. Hang de tweede thermometer met behulp van een klem in het koude water en roer gedurende vier minuten. Registreer elke minuut de temperatuur; de waarde moet stabiel zijn.
7. Heet water overbrengen. Schakel na de vierde minuut de brander uit, noteer de temperatuur van het warme water en giet deze in de calorimeter. Plaats het deksel terug en hervat het roeren.
8. Registreer temperatuur. Meet de calorimetertemperatuur gedurende de volgende vijf minuten elke 30 seconden.
9. Analyseer gegevens. Importeer de tijd- en temperatuurgegevens in een spreadsheet. Zet de temperaturen na het mengen in kaart (exclusief de voormengpunten) en plaats een lineaire trendlijn.
10. Extrapoleer eindtemperatuur. Gebruik de lijn die het beste past om de temperatuur op 5 minuten (Tf) te schatten.
11. Bereken temperatuurveranderingen.
    • Warmwaterverandering (ΔTh) =initiële warmwatertemperatuur – Tf.
    • Verversing koud water (ΔTc) =Tf – aanvankelijke temperatuur koud water.
12. Bereken energieveranderingen.
    • Energieverlies door warm water:Qh =m_h × 4,184Jg⁻¹°C⁻¹ × ΔTh.
    • Energie gewonnen door koud water:Qc =m_c × 4,184Jg⁻¹°C⁻¹ × ΔTc.
13. Bepaal de energie van de calorimeter. Q_cal =Qh – Qc.
14. Bereken de constante. C_cal =Q_cal / ΔTc. Het resultaat, uitgedrukt in J°C⁻¹, is de calorimeterconstante.

Belangrijke opmerkingen

• De constante moet positief zijn; een negatieve waarde duidt op een procedurefout.
• Herhaal de kalibratie meerdere keren en gemiddelde de resultaten om willekeurige fouten te minimaliseren.
• Rapporteer het uiteindelijke gemiddelde ±2σ, waarbij σ de standaardafwijking van de pogingen is.

Referenties

• Atkins, P., &Jones, L. (2008). Chemische principes:de zoektocht naar inzicht, 4e editie .
• Berniolles, S. (2011). Chemie 7L Labhandleiding .