Afbeelding tegoed:jakethesnake/iStock/GettyImages

Nauwkeurige experimenten met warmteoverdracht zijn afhankelijk van een goed gekalibreerde calorimeter. Of u nu een eenvoudige piepschuimbeker gebruikt of een geavanceerd, explosiebestendig vat, de container absorbeert een deel van de warmte die vrijkomt of wordt geabsorbeerd tijdens een reactie. Door de calorimeterconstante te bepalen (de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van de calorimeter met 1°C te verhogen) kunt u dit verlies corrigeren en met vertrouwen de soortelijke warmte van onbekende stoffen meten.

De calorimeterconstante bepalen

De meest betrouwbare kalibratiemethode bestaat uit het mengen van twee gelijke massa's water bij verschillende temperaturen in de calorimeter en het registreren van de evenwichtstemperatuur. De soortelijke warmte van water (C_s ) is 1calg⁻¹°C⁻¹ (4.186Jg⁻¹°C⁻¹), waardoor het een ideale kalibratievloeistof is.

Laat een bekende massa heet water (m₁ ) in een calorimeter worden gegoten die al een bekende massa koud water bevat (m₂ ). Meet de begintemperaturen T₁ en T₂ en wacht vervolgens tot het mengsel de evenwichtstemperatuur T_E heeft bereikt . De temperatuurveranderingen zijn ΔT₁ =T_E  – T₁ en ΔT₂ =T_E  – T₂ (merk op dat ΔT₂ is positief omdat het koude water opwarmt).

De warmte die verloren gaat door het warme water is q₁  = m₁ C_s ΔT₁ , terwijl de door het koude water gewonnen warmte q₂ is  = m₂ C_s ΔT₂ . Het verschil, q₁  – q₂ , is de warmte die door de calorimeter wordt geabsorbeerd:

q_abs  = (m₁ C_s ΔT₁ ) – (m₂ C_s ΔT₂ )

Omdat de temperatuurstijging van de calorimeter gelijk is aan ΔT₂ , is de warmtecapaciteit (de calorimeterconstante, cc):

cc = q_abs  ÷ ΔT₂  = C_s (m₁ ΔT₁  + m₂ ΔT₂ ) ÷ ΔT₂  cal g⁻¹ °C⁻¹

De soortelijke warmte van een onbekende stof meten

Met cc bekend kun je de soortelijke warmte van elk materiaal bepalen. Verwarm een bekende massa van de stof (m₁ ) naar temperatuur T₁ en plaats deze in de calorimeter met een gelijke massa (m₂ ) bij een lagere temperatuur T₂ . Nadat het systeem een evenwicht heeft bereikt bij T_E , bereken ΔT₁  = T_E  – T₁ en ΔT₂  = T_E  – T₂ .

Het herschikken van de energiebalans geeft de soortelijke warmte van de stof:

C_s  = (cc × ΔT₂ ) ÷ (m₁ ΔT₁  + m₂ ΔT₂ ) cal g⁻¹ °C⁻¹

Omrekenen naar joules is eenvoudig:vermenigvuldig het resultaat met 4,186Jcal⁻¹.