CALORIMETRU: ISTORIC, PĂRȚI, TIPURI ȘI CARACTERISTICILE ACESTORA - CHIMIE - 2025

Calorimetrului este un dispozitiv folosit pentru a măsura schimbarea temperaturii unei cantități de substanță ( de obicei apa) de căldura specifică cunoscută. Această modificare a temperaturii se datorează căldurii absorbite sau eliberate în procesul studiat; chimică dacă este o reacție sau fizică dacă constă dintr-o modificare de fază sau de stare.

În laborator, cel mai simplu calorimetru care poate fi găsit este cel al paharului de cafea. Se folosește pentru măsurarea căldurii absorbite sau eliberate într-o reacție la presiune constantă, într-o soluție apoasă. Reacțiile sunt selectate pentru a evita intervenția reactivilor sau a produselor gazoase.

Sursa: De Ichwarsnur, de la Wikimedia Commons Într-o reacție exotermică, cantitatea de căldură degajată poate fi calculată din creșterea temperaturii calorimetrului și a soluției apoase:

Cantitatea de căldură degajată în reacție = cantitatea de căldură absorbită de calorimetru + cantitatea de căldură absorbită de soluție

Cantitatea de căldură pe care calorimetrul o absoarbe se numește capacitatea de căldură a calorimetrului. Aceasta se determină prin furnizarea unei cantități cunoscute de căldură la calorimetru cu o masă dată de apă. Apoi, se măsoară creșterea temperaturii calorimetrului și soluția pe care o conține.

Cu aceste date și utilizarea căldurii specifice apei (4,18 J / g.ºC), se poate calcula capacitatea calorică a calorimetrului. Această capacitate se mai numește constantă calorimetrică.

Pe de altă parte, căldura obținută prin soluția apoasă este egală cu m · ce · Δt. În formula m = masa de apă, ce = căldură specifică de apă și Δt = variație de temperatură. Știind toate acestea, se poate calcula apoi cantitatea de căldură eliberată prin reacția exotermică.

Istoricul calorimetrului

În 1780, AL Lavoisier, un chimist francez, considerat unul dintre tații chimiei, a folosit un cobai pentru a măsura producerea de căldură prin respirația sa.

Cum? Utilizarea unui dispozitiv similar cu un calorimetru. Căldura produsă de cobai a fost evidențiată de zăpada topitoare care a înconjurat aparatul.

Cercetătorii A. L Lavoisier (1743-1794) și PS Laplace (1749-1827) au proiectat un calorimetru care a fost utilizat pentru a măsura căldura specifică a unui corp prin metoda de topire a gheții.

Calorimetrul constă dintr-o cană cu staniu lăcuit, sprijinită de un trepied și terminată intern cu o pâlnie. În interiorul său, a fost așezat un alt pahar, similar cu cel precedent, cu un tub care a trecut prin camera exterioară și a fost prevăzut cu o cheie. În cel de-al doilea pahar era un suport.

Ființa sau obiectul a cărui căldură specifică urma să fie determinată a fost plasată pe această grilă. Gheața a fost plasată în interiorul paharelor concentrice, ca în coș.

Căldura produsă de corp a fost absorbită de gheață, determinând să se topească. Și produsul de apă lichidă din topirea gheții a fost colectat, deschizând cheia interioară de sticlă.

Și în sfârșit, cu apa grea, a fost cunoscută masa gheții topite.

Părți

Cel mai utilizat calorimetru în laboratoarele de predare a chimiei este așa-numitul calorimetru pentru ceașcă de cafea. Acest calorimetru constă dintr-un pahar sau, în schimb, un recipient de material anime care are anumite proprietăți izolatoare. În acest recipient soluția apoasă este plasată cu corpul care va produce sau absorbi căldura.

Pe partea superioară a recipientului este așezat un capac din material izolant cu două găuri. Într-unul se introduce un termometru pentru a măsura schimbările de temperatură, iar în cealaltă un agitator, de preferință confecționat din material de sticlă, care îndeplinește funcția de a muta conținutul soluției apoase.

Imaginea arată părțile unui calorimetru cu bombă; cu toate acestea, se poate observa că are termometrul și agitatorul, elemente comune în mai multe calorimetre.

Tipuri și caracteristicile acestora

Ceașca de cafea

Este cea care este utilizată la determinarea căldurii eliberate de o reacție exotermică, iar căldura absorbită într-o reacție endotermică.

Mai mult, poate fi utilizat pentru determinarea căldurii specifice a unui corp; adică cantitatea de căldură pe care trebuie să o absoarbă un gram de substanță pentru a-și ridica temperatura cu un grad Celsius. .

Bomba calorimetrică

Este un dispozitiv în care se măsoară cantitatea de căldură eliberată sau absorbită într-o reacție care apare la un volum constant.

Reacția are loc într-un recipient puternic de oțel (pompa), care este scufundat într-un volum mare de apă. Astfel, temperatura apei se schimbă mic. Prin urmare, se presupune că modificările asociate reacției sunt măsurate la volum și temperatură constantă.

Acest lucru indică faptul că nu se lucrează la o reacție într-un calorimetru cu bombă.

Reacția este pornită prin furnizarea de electricitate prin cablurile conectate la pompă.

Calorimetrul adiabatic

Se caracterizează prin faptul că are o structură izolatoare numită scut. Scutul este situat în jurul celulei, unde se produc schimbări de căldură și temperatură. De asemenea, este conectat la un sistem electronic care își menține temperatura foarte aproape de cea a celulei, evitând astfel transferul de căldură.

Într-un calorimetru adiabatic diferența de temperatură dintre calorimetru și împrejurimile sale este minimizată; precum și minimizarea coeficientului de transfer de căldură și a timpului pentru schimbul de căldură.

Părțile sale constau din următoarele:

-Celula (sau recipientul), integrată într-un sistem de izolare cu ajutorul căreia încearcă să evite pierderea de căldură.

-Termometrul, pentru a măsura schimbările de temperatură.

-Un încălzitor, conectat la o sursă de tensiune electrică controlabilă.

-Și scutul, menționat deja.

În acest tip de calorimetru, pot fi determinate proprietăți precum entropia, temperatura Debye și densitatea electronilor de stare.

Calorimetrul de izoperibol

Este un dispozitiv în care celula de reacție și pompa sunt cufundate într-o structură numită sacou. În acest caz, așa-numita geacă constă din apă, menținută la o temperatură constantă.

Temperatura celulei și a pompei cresc odată cu eliberarea căldurii în timpul procesului de ardere; Dar temperatura jachetei de apă este menținută la o temperatură fixă.

Un microprocesor controlează temperatura celulei și a cutiei, făcând corecțiile necesare pentru căldura de scurgere care rezultă din diferențele dintre cele două temperaturi.

Aceste corecții sunt aplicate continuu și cu o corecție finală, bazată pe măsurători înainte și după test.

Calorimetrul de curgere

Dezvoltat de Caliendar, are un dispozitiv pentru a muta un gaz într-un container la o viteză constantă. Prin adăugarea căldurii, se măsoară creșterea temperaturii în fluid.

Calorimetrul de curgere se caracterizează prin:

- O măsurare exactă a vitezei debitului constant.

- Măsurarea precisă a cantității de căldură introdusă în fluid printr-un încălzitor.

- O măsurare precisă a creșterii temperaturii gazului cauzată de aportul de energie

- Un proiect de măsurare a capacității unui gaz sub presiune.

Calorimetrul pentru calorimetria cu scanare diferențială

Se caracterizează prin faptul că are două recipiente: într-unul se pune eșantionul de studiat, în timp ce celălalt este păstrat gol sau se folosește un material de referință.

Cele două vase sunt încălzite la o viteză constantă de energie, cu ajutorul a două încălzitoare independente. Când cele două vase încep să se încălzească, computerul va constata diferența de flux de căldură a încălzitorilor față de temperatură, determinând astfel fluxul de căldură.

Mai mult, poate fi determinată variația temperaturii în funcție de timp; și în final, capacitatea calorică.

Aplicații

În fizico-chimie

-Calorometrele de bază, tip ceașcă de cafea, permit măsurarea cantității de căldură pe care un corp o degajă sau o absoarbe. În ele puteți determina dacă o reacție este exotermă sau endotermică. Mai mult, se poate determina căldura specifică a unui corp.

-Cu calorimetrul adiabatic a fost posibilă determinarea entropiei unui proces chimic și a densității electronice a stării.

În sistemele biologice

-Microcalorimetrele sunt utilizate pentru a studia sistemele biologice care includ interacțiuni între molecule, precum și modificările de conformație moleculară care apar; de exemplu, în desfășurarea unei molecule. Linia include atât scanarea diferențială, cât și titrarea izotermă.

-Microcalorimetrul este utilizat în dezvoltarea medicamentelor cu molecule mici, bioterapeutice și vaccinuri.

Calorimetrul pompei de oxigen și puterea calorică

În calorimetrul cu bomba de oxigen se produce arderea multor substanțe și se poate determina valoarea calorică a acesteia. Printre substanțele studiate prin utilizarea acestui calorimetru se numără: cărbune și cocs; uleiuri comestibile, atât grele, cât și ușoare; benzină și toți combustibilii auto.

La fel și tipurile de combustibili pentru avioane; combustibil deșeuri și eliminarea deșeurilor; produse alimentare și suplimente pentru nutriția umană; culturi furajere și suplimente pentru hrana animalelor; Materiale de construcție; combustibili rachetă și propulsori.

De asemenea, puterea calorică a fost determinată prin calorimetrie în studiile termodinamice asupra materialelor combustibile; în studiul echilibrului energetic în ecologie; în explozibili și pulberi termice și în predarea metodelor termodinamice de bază.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. González J., Cortés L. și Sánchez A. (nd). Calorimetria adiabatică și aplicațiile sale. Recuperat din: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Calorimetru. Recuperat de la: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (22 iunie 2018). Definiția calorimetrului în chimie. Recuperat de la: thinkco.com
5. Gillespie, Claire. (11 aprilie 2018). Cum funcționează un calorimetru? Sciencing. Recuperat de la: știința.com