כוס קפה וקלורימטריה פצצה

קלורימטר הוא מכשיר המשמש למדידת כמות זרימת החום בתגובה כימית. שני הסוגים הנפוצים ביותר של קלורימטר הם קלורימטר כוס הקפה וקלורימטר הפצצה.

כוס קפה קלורימטר הוא בעצם כוס קלקר (קלקר) עם מכסה. הספל מתמלא בחלקו בנפח מים ידוע ומדחום מוחדר דרך מכסה הספל כך שנורתו נמצאת מתחת לפני המים. כאשר מתרחשת תגובה כימית בקלורימטר כוס הקפה, חום התגובה נספג על ידי המים. השינוי בטמפרטורת המים משמש לחישוב כמות החום שנספג (משמש לייצור מוצרים, כך שטמפרטורת המים יורדת) או התפתחה (שאבדה למים, כך שהטמפרטורה שלהם עולה) בתוך תגובה.

זרימת החום מחושבת באמצעות היחס:

q = (חום ספציפי) x m x Δt

כאשר q הוא זרימת חום, m הוא מסה בגרמים, וזה שינוי הטמפרטורה. החום הספציפי הוא כמות החום הנדרשת להעלאת הטמפרטורה של 1 גרם של חומר 1 מעלות צלזיוס. החום הספציפי של המים הוא 4.18 J / (g · ° C).

לדוגמא, יש לקחת בחשבון תגובה כימית המופיעה ב- 200 גרם מים עם טמפרטורה ראשונית של 25.0 C. התגובה מותרת להתקדם בקלורימטר כוס הקפה. כתוצאה מהתגובה הטמפרטורה של המים משתנה ל 31.0 C. זרימת החום מחושבת:

ש_מים = 4.18 J / (g · ° C) x 200 גרם x (31.0 C - 25.0 C)

ש_מים = +5.0 x 10³ ג

תוצרי התגובה התפתחו 5,000 J של חום, שאבד למים. ה שינוי אנטלפיה, ΔH, שכן התגובה שווה בעוצמתה אך הפוכה בסימן לזרימת החום למים:

ΔH_תגובה = - (ש_מים)

נזכיר שלתגובה אקסותרמית, ΔH <0, q_מים הוא חיובי. המים סופגים חום מהתגובה ונראה עלייה בטמפרטורה. לתגובה אנדותרמית, ΔH> 0, q_מים שלילי. המים מספקים חום לתגובה ונראה ירידה בטמפרטורה.

קלורימטר כוס קפה נהדר למדידת זרימת החום בתמיסה, אך לא ניתן להשתמש בו לתגובות הכרוכות בגזים מכיוון שהם יברחו מהספל. גם לא ניתן להשתמש בקלורימטר כוס הקפה לתגובות בטמפרטורה גבוהה, מכיוון שהן ימסו את הגביע. קלוריומטר פצצה משמש למדידת זרימת החום לגזים ותגובות בטמפרטורה גבוהה.

קלורימטר פצצה עובד באותו אופן כמו קלורימטר כוס קפה, עם הבדל גדול אחד: בקלורימטר כוס קפה, התגובה מתרחשת במים, בעוד בקלורימטר פצצה, התגובה מתרחשת במיכל מתכת אטום, שמונח במים בכלי מבודד. זרימת החום מהתגובה חוצה את דפנות המיכל האטום למים. נמדד הפרש הטמפרטורה של המים, ממש כמו בקלורימטר כוס קפה. ניתוח זרימת החום מורכב מעט יותר ממה שהיה בקלורימטר כוס הקפה מכיוון שיש לקחת בחשבון את זרימת החום לחלקי המתכת של הקלורימטר:

ש_תגובה = - (ש_מים + ש_פצצה)

איפה ש_מים = 4.18 J / (g · ° C) x מ_מים x Δt

לפצצה יש מסה קבועה וחום ספציפי. מסת הפצצה כפול החום הספציפי שלה מכונה לפעמים קבוע הקלורימטר, המסומן בסמל C עם יחידות של ג'אול לכל מעלות צלזיוס. קבוע הקלורימטר נקבע באופן ניסיוני וישתנה בין קלורימטר אחד למשנהו. ה זרימת חום של הפצצה היא:

ש_פצצה = C x Δt

ברגע שידוע על קבוע הקלורימטר, חישוב זרימת החום הוא עניין פשוט. הלחץ בתוך קלורימטר פצצה משתנה לעתים קרובות במהלך תגובה, כך שייתכן שזרימת החום לא תהיה שווה בסדר גודל לשינוי האנטלפי.