КАЛОРИМЕТР: ІСТОРІЯ, ЧАСТИНИ, ТИПИ ТА ЇХ ХАРАКТЕРИСТИКА - ХІМІЯ - 2025

Калориметр являє собою пристрій , що використовується для вимірювання зміни температури кількості речовини (зазвичай води) з відомою питомою теплоємністю. Ця зміна температури пояснюється теплом, що поглинається або виділяється в процесі дослідження; хімічна, якщо це реакція, або фізична, якщо вона складається з фази або зміни стану.

У лабораторії найпростіший калориметр, який можна знайти, - це кавовий стакан. Застосовується для вимірювання тепла, що поглинається або виділяється в реакції при постійному тиску, у водному розчині. Реакції вибираються, щоб уникнути втручання реагентів або газоподібних продуктів.

Джерело: За Ichwarsnur, з Wikimedia Commons В екзотермічній реакції кількість виділеного тепла може бути обчислена з підвищення температури калориметра та водного розчину:

Кількість теплоти, що виділяється в реакції = кількість теплоти, поглинутої калориметром + кількість теплоти, поглиненої розчином

Кількість теплоти, яку поглинає калориметр, називається теплоємністю калориметра. Це визначається за рахунок подачі відомої кількості тепла в калориметр із заданою масою води. Потім вимірюють підвищення температури калориметра та розчину, який він містить.

За допомогою цих даних та використання питомої теплоти води (4,18 Дж / г.ºC) можна розрахувати калорійність калориметра. Цю ємність ще називають постійною калориметром.

З іншого боку, тепло, отримане водним розчином, дорівнює m · ce · Δt. У формулі m = маса води, ce = питома теплота води та Δt = коливання температури. Знаючи все це, можна потім обчислити кількість тепла, що виділяється екзотермічною реакцією.

Історія калориметра

У 1780 році французький хімік А. Л. Лавуазьє, який вважався одним із батьків батьків, використовував морську свинку для вимірювання виробництва тепла шляхом її дихання.

Як? Використання пристрою, подібного до калориметра. Тепло, яке виробляє морська свинка, засвідчував талий сніг, що оточує апарат.

Дослідники А. Л Лавуазьє (1743-1794) та П. С. Лаплас (1749-1827) розробили калориметр, який використовувався для вимірювання питомої теплоти тіла методом плавлення льоду.

Калориметр складався з циліндричної лакованої олов'яної чашки, підтримуваної штативом і внутрішньо завершеної воронкою. Всередині нього було розміщено ще одне скло, схоже на попереднє, з трубкою, яка проходила через зовнішню камеру і була встановлена ​​ключем. Усередині другого келиха стояла стійка.

На цю сітку було розміщено істоту чи об'єкт, специфічне тепло якого потрібно було визначити. Лід був розміщений всередині концентричних склянок, як у кошику.

Тепло, що виробляється організмом, поглиналося льодом, викликаючи його танення. І рідкий водний продукт від танення льоду збирався, відкриваючи внутрішній скляний ключ.

І нарешті, з важкою водою була відома маса розплавленого льоду.

Частини

Найбільш широко використовуваним калориметром у навчальних лабораторіях з хімії є так званий калориметр кавової чашки. Цей калориметр складається з мензурки, або замість цього ємності з аніме-матеріалу, який має певні ізолюючі властивості. Всередині цієї ємності водний розчин розміщується з тілом, яке збирається виробляти або поглинати тепло.

На верхню частину ємності розміщують кришку з ізоляційного матеріалу з двома отворами. В один вставляється термометр для вимірювання зміни температури, а в інший мішалка, переважно зі скла, що виконує функцію переміщення вмісту водного розчину.

На зображенні показані частини болотного калориметра; однак видно, що в ньому є термометр і мішалка, загальні елементи в декількох калориметрах.

Види та їх характеристика

Чашка кави

Це той, який використовується для визначення тепла, що виділяється екзотермічною реакцією, і тепла, що поглинається в ендотермічній реакції.

Крім того, його можна використовувати для визначення питомої теплоти тіла; тобто кількість теплоти, яку повинен грам речовини поглинати, щоб підвищити її температуру на один градус Цельсія. .

Калориметрична бомба

Це пристрій, в якому вимірюється кількість тепла, яке виділяється або поглинається в реакції, що відбувається при постійному обсязі.

Реакція відбувається у міцній сталевій ємності (насосі), яка занурена у великий об'єм води. Це забезпечує невелику зміну температури води. Тому передбачається, що зміни, пов'язані з реакцією, вимірюються при постійному обсязі та температурі.

Це вказує на те, що в калориметрі бомби не проводиться жодна робота.

Реакція починається подачею електрики через кабелі, підключені до насоса.

Адіабатичний калориметр

Він характеризується тим, що має ізолюючу конструкцію, яку називають щитом. Щит розташований навколо клітини, де відбуваються зміни температури та температури. Так само він підключений до електронної системи, яка підтримує свою температуру дуже близькою до температури комірки, тим самим уникаючи теплопередачі.

В адіабатичному калориметрі різниця температур між калориметром та його оточенням зведена до мінімуму; а також мінімізація коефіцієнта тепловіддачі та часу теплообміну.

Його частини складаються з наступного:

-Комера (або контейнер), інтегрована в систему ізоляції, за допомогою якої намагається уникнути втрат тепла.

-Термометр для вимірювання змін температури.

-Нагрівач, підключений до керованого джерела електричної напруги.

-І щит, уже згаданий.

У цьому типі калориметра можна визначити такі властивості, як ентропія, температура Дебая та щільність електронів стану.

Калориметр ізоперболу

Це пристрій, в якому реакційна комірка і насос занурені в структуру, яку називають кожухом. В цьому випадку так звана куртка складається з води, що тримається при постійній температурі.

Температура клітини і насоса піднімаються в міру виділення тепла в процесі горіння; Але температура водяної куртки тримається на фіксованій температурі.

Мікропроцесор контролює температуру клітини та кожуха, вносячи необхідні корективи для тепла, що витікає, що є результатом різниці між двома температурами.

Ці виправлення застосовуються постійно та з остаточним виправленням, виходячи з вимірювань до і після тесту.

Проточний калориметр

Розроблений Caliendar, він має пристрій для переміщення газу в ємності з постійною швидкістю. Додаючи тепло, вимірюється підвищення температури в рідині.

Витратний калориметр характеризується:

- точне вимірювання швидкості постійного потоку.

- Точне вимірювання кількості теплоти, що надходить у рідину через нагрівач.

- точне вимірювання підвищення температури газу, викликаного введенням енергії

- Конструкція для вимірювання потужності газу під тиском.

Калориметр для диференціальної скануючої калориметрії

Він характеризується наявністю двох контейнерів: зразок, який буде вивчатися, поміщається в один, а інший залишається порожнім або використовується довідковий матеріал.

Два посудини нагріваються з постійною швидкістю енергії за допомогою двох незалежних нагрівачів. Коли розпочнеться нагрівання двох посудин, комп'ютер побудує графік різниці потоку тепла від нагрівачів проти температури, тим самим дозволить визначити тепловий потік.

Крім того, можна визначити коливання температури як функцію часу; і нарешті, калорійність.

Програми

У фізикохімії

-Основні калориметри, тип чашки кави, дозволяють вимірювати кількість тепла, яке тіло виділяє або поглинає. У них можна визначити, чи є реакція екзотермічною чи ендотермічною. Крім того, можна визначити питому теплоту тіла.

-Задіабатичним калориметром можна було визначити ентропію хімічного процесу та електронну щільність стану.

У біологічних системах

-Мікрокалориметри використовуються для вивчення біологічних систем, що включають взаємодію між молекулами, а також молекулярні конформаційні зміни, що відбуваються; наприклад, при розгортанні молекули. Лінія включає як диференційне сканування, так і ізотермічне титрування.

-Мікрокалориметр використовується при розробці малих молекулярних препаратів, біотерапевтичних засобів та вакцин.

Калориметр і калорійність насосного кисневого насоса

У калориметрі кисневої бомби відбувається згоряння багатьох речовин, і його калорійність можна визначити. Серед речовин, що вивчаються в результаті використання цього калориметра, є: вугілля та кокс; харчові олії, як важкі, так і легкі; бензин та всі моторні види палива.

А також види палив для літальних апаратів; знешкодження пального та відходів; харчові продукти та добавки для харчування людини; кормові культури та добавки до кормів для тварин; Будівельні матеріали; ракетні види палива та палива.

Так само калорійність визначалася калориметрією в термодинамічних дослідженнях горючих матеріалів; при вивченні енергетичного балансу в екології; у вибухівці та теплових порошках та у навчанні основних термодинамічних методів.

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (другий). Аддіабатична калориметрія та її застосування. Відновлено з: cenam.mx
3. Вікіпедія. (2018). Калориметр. Відновлено з: en.wikipedia.org
4. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (22 червня 2018 р.). Визначення калориметра в хімії. Відновлено з: thinkco.com
5. Гіллеспі, Клер. (11 квітня 2018 р.). Як працює калориметр? Наукові роботи. Відновлено: sciaching.com