Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Οι λειτουργίες ενός θερμιδόμετρου
- Διαφορετικοί τύποι θερμιδόμετρων
- Βαθμονόμηση ενός θερμιδομέτρου
- Περιορισμοί θερμιδομετρίας
Οι χημικοί συχνά πρέπει να γνωρίζουν πόση ενέργεια θερμότητας απελευθερώνει ή απορροφά μια συγκεκριμένη αντίδραση. Αυτή η μέτρηση τους βοηθά να κατανοήσουν περισσότερα για το γιατί συμβαίνει η αντίδραση και τους βοηθά να κάνουν χρήσιμες προβλέψεις. Τα θερμιδόμετρα είναι όργανα που μετρούν την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ή απορροφάται από τα περιεχόμενα κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης. Είναι εύκολο να κάνει ένα απλό θερμιδόμετρο, αλλά τα όργανα που χρησιμοποιούνται στα εργαστήρια είναι συνήθως πιο ακριβή.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Τα θερμιδόμετρα σας επιτρέπουν να μετρήσετε την ποσότητα της θερμότητας σε μια αντίδραση. Οι κύριοι περιορισμοί τους είναι η απώλεια θερμότητας στο περιβάλλον και η ανομοιογενής θέρμανση.
Οι λειτουργίες ενός θερμιδόμετρου
Βασικά, ένα θερμιδόμετρο μετρά τη μεταβολή της θερμοκρασίας του θερμιδόμετρου και των περιεχομένων του. Μετά τη βαθμονόμηση του θερμιδόμετρου, ο χημικός θα έχει ήδη ένα αριθμό που ονομάζεται σταθερά θερμιδόμετρου, το οποίο δείχνει πόσο αλλάζει η θερμοκρασία του θερμιδόμετρου ανά ποσότητα θερμότητας που προστίθεται. Χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες και τη μάζα των αντιδραστηρίων, ο χημικός μπορεί να καθορίσει πόση θερμότητα απελευθερώνεται ή απορροφάται. Είναι σημαντικό ότι το θερμιδόμετρο ελαχιστοποιεί το ρυθμό απώλειας θερμότητας προς τα έξω, καθώς η γρήγορη απώλεια θερμότητας στον περιβάλλοντα αέρα θα οδηγούσε σε ριψοκίνδυνο αποτέλεσμα.
Διαφορετικοί τύποι θερμιδόμετρων
Είναι εύκολο να κατασκευάσεις μόνος σου ένα απλό θερμιδόμετρο. Χρειάζεστε δύο φλιτζάνια καφέ Styrofoam, ένα θερμόμετρο ή ένα καπάκι. Αυτό το θερμιδόμετρο καφέ-φλιτζάνι είναι εκπληκτικά αξιόπιστο και ως εκ τούτου είναι ένα κοινό χαρακτηριστικό των προπτυχιακών εργαστηρίων χημείας. Τα εργαστήρια φυσικής χημείας διαθέτουν πιο εξελιγμένα όργανα, όπως τα "θερμιδόμετρα βόμβας". Σε αυτές τις συσκευές, τα αντιδραστήρια βρίσκονται σε ένα σφραγισμένο θάλαμο που ονομάζεται βόμβα. Μετά την ανάφλεξη ενός ηλεκτρικού σπινθήρα, η αλλαγή της θερμοκρασίας βοηθάει στον προσδιορισμό της απώλειας ή της απόδοσης θερμότητας.
Βαθμονόμηση ενός θερμιδομέτρου
Για να βαθμονομήσετε ένα θερμιδόμετρο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια διαδικασία που μεταφέρει μια γνωστή ποσότητα θερμότητας, όπως μέτρηση της θερμοκρασίας κάποιου ζεστού και κρύου νερού. Για παράδειγμα, μπορείτε να αναμίξετε κρύο και ζεστό νερό στο θερμιδόμετρο καφέ σας. Στη συνέχεια, μετράτε τη θερμοκρασία με την πάροδο του χρόνου και χρησιμοποιείτε γραμμική παλινδρόμηση για να υπολογίσετε την "τελική θερμοκρασία" του θερμιδόμετρου και των περιεχομένων του. Η αφαίρεση της θερμότητας που αποκτά το κρύο νερό από τη θερμότητα που χάνεται από το ζεστό νερό αποδίδει τη θερμότητα που αποκτάται από το θερμιδόμετρο. Ο διαχωρισμός αυτού του μεγέθους από την αλλαγή θερμοκρασίας του θερμιδόμετρου δίνει σταθερό το θερμιδόμετρο του, το οποίο μπορείτε να χρησιμοποιήσετε σε άλλα πειράματα.
Περιορισμοί θερμιδομετρίας
Δεν το θερμιδόμετρο είναι τέλειο επειδή μπορεί να χάσει τη θερμότητα στο περιβάλλον. Αν και τα θερμιδόμετρα βόμβας στα εργαστήρια διαθέτουν μόνωση για να ελαχιστοποιηθούν αυτές οι απώλειες, είναι αδύνατο να σταματήσει κάθε απώλεια θερμότητας. Επιπλέον, τα αντιδραστήρια στο θερμιδόμετρο μπορεί να μην είναι καλά αναμεμιγμένα, πράγμα που οδηγεί σε ανομοιόμορφη θέρμανση και άλλη πιθανή πηγή σφάλματος στις μετρήσεις σας.
Εκτός από πιθανές πηγές σφάλματος, ένας άλλος περιορισμός περιλαμβάνει τα είδη των αντιδράσεων που μπορείτε να μελετήσετε. Για παράδειγμα, μπορεί να θέλετε να μάθετε πώς η αποσύνθεση του TNT απελευθερώνει θερμότητα. Αυτό το είδος αντίδρασης θα ήταν αδύνατο να μελετηθεί σε ένα θερμιδόμετρο καφέ-φλιτζάνι και ίσως να μην είναι πρακτικό σε ένα θερμιδόμετρο βόμβας. Εναλλακτικά, η αντίδραση μπορεί να λάβει χώρα πολύ αργά, όπως η οξείδωση του σιδήρου για να σχηματιστεί σκουριά. Αυτό το είδος αντίδρασης θα ήταν πολύ δύσκολο να μελετηθεί με ένα θερμιδόμετρο.