KALORIMETRAS: ISTORIJA, DALYS, TIPAI IR JŲ CHARAKTERISTIKOS - CHEMIJA - 2025

Kalorimetrijos yra įrenginys, naudojamas matuoti temperatūrai nuo medžiagos kiekio (paprastai vandenį), žinomas specifinis šilumos kaita. Šis temperatūros pokytis atsiranda dėl šilumos, sugertos ar išleidžiamos tiriamajame procese; cheminė, jei tai yra reakcija, arba fizinė, jei ją sudaro fazės ar būsenos pasikeitimas.

Laboratorijoje paprasčiausias kalorimetras, kurį galima rasti, yra kavos stiklinė. Jis naudojamas matuojant šilumą, sugeriamą esant reakcijai esant pastoviam slėgiui, vandeniniame tirpale. Reakcijos parenkamos siekiant išvengti reagentų ar dujinių produktų įsikišimo.

Šaltinis: Ichwarsnur, iš Wikimedia Commons. Egzoterminės reakcijos metu išsiskyrusios šilumos kiekis gali būti apskaičiuojamas pagal padidėjusį kalorimetro ir vandeninio tirpalo temperatūrą:

Reaguojamos šilumos kiekis = kalorimetro sugertos šilumos kiekis + tirpalo sugertos šilumos kiekis

Šilumos kiekis, kurį sugeria kalorimetras, vadinamas kalorimetro šilumos talpa. Tai nustatoma tiekiant žinomą šilumos kiekį į kalorimetrą su tam tikra vandens mase. Tada matuojamas kalorimetro ir jame esančio tirpalo temperatūros pakilimas.

Remiantis šiais duomenimis ir naudojant savitąją vandens šilumą (4,18 J / g.ºC), galima apskaičiuoti kalorimetro kaloringumą. Ši talpa dar vadinama kalorimetro konstanta.

Kita vertus, vandeninio tirpalo gaunama šiluma yra lygi m · ce · Δt. Formulėje m = vandens masė, ce = savitoji vandens šiluma ir Δt = temperatūros kitimas. Žinant visa tai, galima apskaičiuoti šilumos kiekį, kurį išskiria egzoterminė reakcija.

Kalorimetro istorija

1780 m. Prancūzų chemikas AL Lavoisier, laikomas vienu iš chemijos tėvų, naudojo jūrų kiaulytę, norėdamas išmatuoti šilumos išsiskyrimą kvėpuodamas.

Kaip? Naudojant prietaisą, panašų į kalorimetrą. Jūrų kiaulytės skleidžiamą šilumą liudijo tirpstantis sniegas, supantis aparatus.

Tyrėjai A. L Lavoisier (1743–1794) ir PS Laplaso (1749–1827) suprojektavo kalorimetrą, kuris buvo naudojamas išmatuoti savitą kūno šilumą tirpinant ledą.

Kalorimetrą sudarė cilindrinis lakuotas alavo puodelis, paremtas trikoju ir vidumi uždarytas piltuvu. Jo viduje buvo įdėtas kitas stiklas, panašus į ankstesnį, su vamzdeliu, kuris praeidavo per išorinę kamerą ir buvo pritvirtintas raktu. Antrojo stiklo viduje buvo stovas.

Ant šios grotelės buvo pastatyta būtybė ar daiktas, kurio savitąją šilumą reikėjo nustatyti. Ledas buvo dedamas į koncentrinius akinius, kaip į krepšelį.

Kūno pagamintą šilumą sugerė ledas, todėl jis ištirpo. Ir tirpstantis ledo tirpsmo vanduo buvo surenkamas, atidarant vidinį stiklo raktą.

Ir galiausiai, vandeniui sunkėjant, buvo žinoma išlydyto ledo masė.

Dalys

Chemijos mokymo laboratorijose plačiausiai naudojamas kalorimetras yra vadinamasis kavos puodelio kalorimetras. Šį kalorimetrą sudaro stiklinė arba vietoj jos yra anime medžiagos indas, turintis tam tikras izoliacines savybes. Į šį indą vandeninis tirpalas dedamas su kūnu, kuris gamins arba sugers šilumą.

Ant viršutinės talpyklos dalies uždedamas dangtis, pagamintas iš izoliacinės medžiagos su dviem skylėmis. Viename įdedamas termometras temperatūros pokyčiams matuoti, kitame maišytuvas, geriau pagamintas iš stiklo medžiagos, atliekančio vandeninio tirpalo turinio judėjimo funkciją.

Paveikslėlyje pavaizduotos bombos kalorimetro dalys; tačiau galima pastebėti, kad jame yra termometras ir maišiklis, bendri elementai keliuose kalorimetruose.

Tipai ir jų charakteristikos

Kavos puodelis

Tai yra tas, kuris naudojamas nustatant šilumą, išsiskiriančią egzoterminės reakcijos metu, ir šilumą, sugertą endoterminės reakcijos metu.

Be to, jis gali būti naudojamas nustatant savitą kūno šilumą; tai yra šilumos kiekis, kurį reikia sugerti gramui medžiagos, kad jos temperatūra pakiltų vienu laipsniu Celsijaus. .

Kalorimetrinė bomba

Tai prietaisas, kuriame matuojamas šilumos kiekis, kuris išsiskiria arba sugeriamas esant pastoviam tūriui vykstančioje reakcijoje.

Reakcija vyksta stipriame plieniniame inde (siurblyje), kuris yra panardinamas į didelį vandens kiekį. Dėl šios priežasties vandens temperatūros pokyčiai nėra maži. Todėl daroma prielaida, kad su reakcija susiję pokyčiai matuojami pastoviu tūriu ir temperatūra.

Tai rodo, kad nereikia reaguoti į bombos kalorimetrą.

Reakcija pradedama tiekiant elektrą per kabelius, prijungtus prie siurblio.

Adiabatinis kalorimetras

Jis apibūdinamas tuo, kad turi izoliacinę struktūrą, vadinamą skydu. Skydas yra aplink kamerą, kurioje vyksta šilumos ir temperatūros pokyčiai. Taip pat jis yra prijungtas prie elektroninės sistemos, kuri palaiko savo temperatūrą labai artimą kameros temperatūrai, taip išvengdama šilumos perdavimo.

Adiabatiniame kalorimere temperatūros skirtumas tarp kalorimetro ir jo aplinkos yra kuo mažesnis; taip pat sumažinti šilumos perdavimo koeficientą ir šilumos mainų laiką.

Jo dalys susideda iš šių dalių:

-Ląstelė (arba talpykla), integruota į izoliacijos sistemą, kuria ji stengiasi išvengti šilumos nuostolių.

- Termometras temperatūros pokyčiams matuoti.

-Šildytuvas, prijungtas prie kontroliuojamo elektros įtampos šaltinio.

-Ir skydas, jau minėtas.

Šio tipo kalorimetruose galima nustatyti tokias savybes kaip entropija, Debye temperatūra ir būsenos elektronų tankis.

Izoperibolio kalorimetras

Tai prietaisas, kuriame reakcijos elementas ir pompa yra panardinami į struktūrą, vadinamą apvalkalu. Tokiu atveju vadinamąją striukę sudaro vanduo, laikomas pastovioje temperatūroje.

Elemento ir siurblio temperatūra pakyla, kai degimo metu išsiskiria šiluma; Bet vandens striukės temperatūra palaikoma fiksuota.

Mikroprocesorius kontroliuoja kameros ir apvalkalo temperatūrą, atlikdamas reikiamus nuotėkio šilumos, atsirandančios dėl dviejų temperatūrų skirtumų, pataisas.

Šios pataisos yra atliekamos nuolat ir su paskutine pataisa, remiantis matavimais prieš ir po bandymo.

Srauto kalorimetras

Sukurtas „Caliendar“, jis turi įrenginį, skirtą perkelti dujas į konteinerį pastoviu greičiu. Pridedant šilumą, matuojamas skysčio temperatūros padidėjimas.

Srauto kalorimetras apibūdinamas taip:

- tikslus nuolatinio srauto greičio matavimas.

- Tikslus šilumos kiekio, patenkančio į skystį per šildytuvą, matavimas.

- Tikslus dujų temperatūros padidėjimo, kurį sukelia energijos sąnaudos, matavimas

- Projektas, skirtas išmatuoti dujų slėgį.

Skirtingo nuskaitymo kalorimetrijos kalorimetras

Jis apibūdinamas tuo, kad turi dvi talpyklas: viename tiriamasis mėginys dedamas, o kitas laikomas tuščias arba naudojama etaloninė medžiaga.

Du indai pašildomi pastoviu energijos greičiu, naudojant du nepriklausomus šildytuvus. Kai du indai pradės įkaisti, kompiuteris nubraižys šildytuvų šilumos srauto skirtumą nuo temperatūros, taip nustatydamas šilumos srautą.

Be to, galima nustatyti temperatūros kitimą kaip laiko funkciją; ir, pagaliau, kaloringumas.

Programos

Fizikochemijoje

- Pagrindiniai kalorimetrai, kavos puodelio tipo, leidžia išmatuoti šilumos kiekį, kurį kūnas išskiria ar sugeria. Juose galite nustatyti, ar reakcija yra egzoterminė, ar endoterminė. Be to, galima nustatyti savitąją kūno šilumą.

- Su adiabatiniu kalorimetru buvo įmanoma nustatyti cheminio proceso entropiją ir būsenos elektroninį tankį.

Biologinėse sistemose

-Mikrokalorimetrai naudojami tiriant biologines sistemas, apimančias molekulių sąveiką, taip pat įvykstančius molekulinius konformacinius pokyčius; pavyzdžiui, išskleidžiant molekulę. Linija apima diferencinį skenavimą ir izoterminį titravimą.

-Mikrokalorimetras naudojamas kuriant mažų molekulių vaistus, bioterapinius vaistus ir vakcinas.

Deguonies siurblio kalorimetras ir kalorijų galia

Deguonies bombos kalorimetre dega daugybė medžiagų, todėl galima nustatyti jo kaloringumą. Tarp medžiagų, ištirtų naudojant šį kalorimetrą, yra: akmens anglis ir koksas; maistiniai aliejai, sunkieji ir lengvieji; benzinas ir visas variklinis kuras.

Ne tik orlaivių purkštukų degalai; kuro ir atliekų šalinimas; maisto produktai ir papildai žmonių mitybai; pašariniai augalai ir pašarų papildai; Statybinės medžiagos; raketinis kuras ir raketinis kuras.

Taip pat kalorijų energija buvo nustatyta atliekant kalorimetriją atliekant degiųjų medžiagų termodinaminius tyrimus; tiriant energijos balansą ekologijoje; sprogmenyse ir šiluminiuose milteliuose bei mokant pagrindinių termodinaminių metodų.

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
2. González J., Cortés L. ir Sánchez A. (antra). Adiabatinė kalorimetrija ir jos taikymai. Atkurta iš: cenam.mx
3. Vikipedija. (2018 m.). Kalorimetras. Atkurta iš: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Birželio 22 d.). Kalorimetro apibrėžimas chemijoje. Atgauta iš: thinkco.com
5. Gillespie, Claire. (2018 m. Balandžio 11 d.). Kaip veikia kalorimetras? Mokslas. Atgauta iš: sciencing.com