КАЛОРИМЕТР: ИСТОРИЯ, ДЕТАЛИ, ТИПЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ - ХИМИЯ - 2026

Калориметр представляет собой устройство , используемое для измерения изменения температуры количества вещества (обычно воды) с известной удельной теплоемкостью. Это изменение температуры связано с поглощением или выделением тепла в исследуемом процессе; химический, если это реакция, или физический, если он состоит из изменения фазы или состояния.

В лаборатории самый простой калориметр - это калориметр из кофейного стакана. Он используется для измерения тепла, поглощаемого или выделяемого в реакции при постоянном давлении в водном растворе. Реакции выбраны так, чтобы избежать вмешательства реагентов или газообразных продуктов.

Источник: Ичварснур, Wikimedia Commons. При экзотермической реакции количество выделяемого тепла можно рассчитать по повышению температуры калориметра и водного раствора:

Количество тепла, выделяемого в реакции = количество тепла, поглощенного калориметром + количество тепла, поглощенного раствором

Количество тепла, которое поглощает калориметр, называется теплоемкостью калориметра. Это определяется путем подачи известного количества тепла в калориметр с заданной массой воды. Затем измеряется повышение температуры калориметра и содержащегося в нем раствора.

С помощью этих данных и использования удельной теплоемкости воды (4,18 Дж / г.ºC) можно рассчитать калорийность калориметра. Эта емкость также называется постоянной калориметра.

С другой стороны, тепло, выделяемое водным раствором, равно m · ce · Δt. В формуле m = масса воды, ce = удельная теплоемкость воды и Δt = изменение температуры. Зная все это, можно затем рассчитать количество тепла, выделяемого экзотермической реакцией.

История калориметра

В 1780 году французский химик А.Л. Лавуазье, считающийся одним из отцов химии, использовал морскую свинку для измерения выработки тепла при ее дыхании.

Как? С помощью прибора, похожего на калориметр. О тепле, производимом морской свинкой, свидетельствовал тающий снег, окружавший аппарат.

Исследователи А. Л. Лавуазье (1743–1794) и П. С. Лаплас (1749–1827) разработали калориметр, который использовался для измерения удельной теплоты тела методом таяния льда.

Калориметр состоял из покрытой лаком цилиндрической оловянной чашки, поддерживаемой треногой и оканчивающейся внутри воронкой. Внутри него был помещен еще один стакан, аналогичный предыдущему, с трубкой, проходящей через внешнюю камеру и снабженной ключом. Внутри второго стакана была стойка.

Существо или объект, удельную теплоемкость которого нужно было определить, помещали на эту сетку. Лед помещался внутрь концентрических стаканов, как в корзину.

Тепло, производимое телом, поглощалось льдом, заставляя его таять. И жидкий водный продукт плавления льда собирали, открывая внутренний стеклянный ключ.

И, наконец, при тяжелой воде была известна масса расплавленного льда.

части

Самым широко используемым калориметром в лабораториях химии является так называемый калориметр кофейной чашки. Этот калориметр состоит из стакана или, вместо этого, контейнера из аниме-материала, обладающего определенными изоляционными свойствами. Внутри этого контейнера водный раствор помещается вместе с телом, которое будет производить или поглощать тепло.

На верхнюю часть емкости помещается крышка из изоляционного материала с двумя отверстиями. В один вставлен термометр для измерения изменений температуры, а в другой - мешалка, предпочтительно из стеклянного материала, которая выполняет функцию перемещения содержимого водного раствора.

На изображении показаны части калориметра бомбы; однако можно увидеть, что у него есть термометр и мешалка, общие элементы в нескольких калориметрах.

Виды и их характеристики

Чашка кофе

Это тот, который используется для определения тепла, выделяемого при экзотермической реакции, и тепла, поглощаемого при эндотермической реакции.

Кроме того, его можно использовать для определения удельной теплоемкости тела; то есть количество тепла, которое необходимо для поглощения грамму вещества, чтобы повысить его температуру на один градус Цельсия. ,

Калориметрическая бомба

Это устройство, в котором измеряется количество тепла, которое выделяется или поглощается в реакции, происходящей при постоянном объеме.

Реакция протекает в прочном стальном контейнере (насосе), который погружен в большой объем воды. Это позволяет минимизировать изменения температуры воды. Поэтому предполагается, что изменения, связанные с реакцией, измеряются при постоянном объеме и температуре.

Это означает, что работа не выполняется, когда реакция проводится в калориметре бомбы.

Реакция запускается при подаче электроэнергии через кабели, подключенные к насосу.

Адиабатический калориметр

Он отличается наличием изолирующей конструкции, называемой экраном. Экран расположен вокруг ячейки, где происходят тепловые и температурные изменения. Точно так же он подключен к электронной системе, которая поддерживает температуру очень близкую к температуре ячейки, что позволяет избежать передачи тепла.

В адиабатическом калориметре разница температур между калориметром и окружающей средой сведена к минимуму; а также минимизация коэффициента теплопередачи и времени теплообмена.

Его части состоят из следующего:

-Элемент (или контейнер), интегрированный в систему изоляции, с помощью которой он пытается избежать потери тепла.

-Термометр для измерения изменений температуры.

- Нагреватель, подключенный к управляемому источнику электрического напряжения.

-И щит, о котором уже упоминалось.

В калориметрах этого типа можно определять такие свойства, как энтропия, температура Дебая и плотность электронов в состоянии.

Изопериболовый калориметр

Это устройство, в котором реакционная ячейка и насос погружены в структуру, называемую рубашкой. В этом случае так называемая рубашка состоит из воды с постоянной температурой.

Температура ячейки и насоса повышается, поскольку в процессе сгорания выделяется тепло; Но температура водяной рубашки поддерживается на фиксированном уровне.

Микропроцессор контролирует температуру ячейки и рубашки, делая необходимые поправки на тепло утечки, возникающее в результате разницы между двумя температурами.

Эти поправки применяются непрерывно и с окончательной поправкой, основанной на измерениях до и после испытания.

Калориметр потока

Разработанный Caliendar, он имеет устройство для перемещения газа в баллоне с постоянной скоростью. При добавлении тепла измеряется повышение температуры жидкости.

Проточный калориметр характеризуется:

- Точное измерение скорости постоянного потока.

- Точное измерение количества тепла, подводимого к жидкости через нагреватель.

- Точное измерение повышения температуры газа, вызванного подводом энергии

- Конструкция для измерения емкости газа под давлением.

Калориметр для дифференциальной сканирующей калориметрии

Он характеризуется наличием двух контейнеров: в один помещается исследуемый образец, а другой остается пустым или используется стандартный образец.

Два сосуда нагреваются с постоянной скоростью с помощью двух независимых нагревателей. Когда два сосуда начинают нагреваться, компьютер строит график разницы теплового потока нагревателей в зависимости от температуры, таким образом определяя тепловой поток.

Кроме того, можно определить изменение температуры как функцию времени; и наконец, калорийность.

Приложения

По физико-химии

-Основные калориметры типа кофейной чашки позволяют измерять количество тепла, которое тело излучает или поглощает. По ним вы можете определить, является ли реакция экзотермической или эндотермической. Кроме того, можно определить удельную теплоемкость тела.

-С помощью адиабатического калориметра стало возможным определять энтропию химического процесса и электронную плотность состояния.

В биологических системах

-Микрокалориметры используются для изучения биологических систем, которые включают взаимодействия между молекулами, а также происходящие молекулярные конформационные изменения; например, при развертывании молекулы. Линия включает как дифференциальное сканирование, так и изотермическое титрование.

-Микрокалориметр используется при разработке низкомолекулярных лекарств, биотерапевтических средств и вакцин.

Калориметр кислородного насоса и калорийность

В калориметре кислородной бомбы происходит сгорание многих веществ, и можно определить его калорийность. Среди веществ, изучаемых с помощью этого калориметра: уголь и кокс; пищевые масла тяжелые и легкие; бензин и все моторные топлива.

А также виды топлива для реактивных самолетов; отработанное топливо и утилизация отходов; пищевые продукты и добавки для питания человека; кормовые культуры и добавки к корму для животных; Строительные материалы; ракетное топливо и ракетное топливо.

Аналогичным образом калорийность была определена калориметрическим методом при термодинамических исследованиях горючих материалов; при изучении энергетического баланса в экологии; во взрывчатых веществах и термопорошках, а также в обучении основным термодинамическим методам.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Гонсалес Дж., Кортес Л. и Санчес А. (б. Д.). Адиабатическая калориметрия и ее приложения. Получено с: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Калориметр. Получено с: en.wikipedia.org
4. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (22 июня 2018 г.). Определение калориметра в химии. Получено с: thinkco.com
5. Гиллеспи, Клэр. (11 апреля 2018 г.). Как работает калориметр? Sciencing. Получено с: sciencing.com