КАЛОРИМЕТЪР: ИСТОРИЯ, ЧАСТИ, ВИДОВЕ И ТЕХНИТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ - ХИМИЯ - 2025

В калориметър е устройство, използвано за измерване на промяната на температурата на количество вещество (обикновено вода) с известна специфична топлина. Тази промяна в температурата се дължи на топлината, погълната или освободена в процеса на изследване; химичен, ако е реакция, или физически, ако се състои от фаза или промяна на състоянието.

В лабораторията най-простият калориметър, който може да се намери, е този на чашата за кафе. Използва се за измерване на топлината, погълната или освободена в реакция при постоянно налягане, във воден разтвор. Реакциите са избрани, за да се избегне намесата на реагенти или газообразни продукти.

Източник: От Ichwarsnur, от Wikimedia Commons При екзотермична реакция количеството отделена топлина може да се изчисли от повишаването на температурата на калориметъра и водния разтвор:

Количество топлина, отделяна в реакцията = количество топлина, погълната от калориметъра + количество топлина, погълната от разтвора

Количеството топлина, което калориметърът поглъща, се нарича топлинен капацитет на калориметъра. Това се определя чрез подаване на известно количество топлина към калориметъра с дадена маса вода. След това се измерва покачването на температурата на калориметъра и разтвора, който съдържа.

С тези данни и използването на специфичната топлина на водата (4.18 J / g.ºC) може да се изчисли калоричният капацитет на калориметъра. Този капацитет се нарича също калориметрова константа.

От друга страна, топлината, спечелена от водния разтвор, е равна на m · ce · Δt. Във формулата m = маса на водата, ce = специфична топлина на водата и Δt = изменение на температурата. Знаейки всичко това, след това човек може да изчисли количеството топлина, отделена от екзотермичната реакция.

История на калориметъра

През 1780 г. AL Lavoisier, френски химик, смятан за един от бащите на химията, използва морско свинче за измерване на производството на топлина чрез дишането му.

Как? Използване на устройство, подобно на калориметър. Топлината, произведена от морското свинче, беше доказана от топящия се сняг, който заобикаляше апарата.

Изследователите А. L Lavoisier (1743-1794) и PS Laplace (1749-1827) проектират калориметър, който се използва за измерване на специфичната топлина на тялото чрез метода на топене на лед.

Калориметърът се състоеше от цилиндрична лакирана чаша от калай, поддържана от триножник и вътрешно завършена с фуния. Вътре в него беше поставена друга чаша, подобна на предишната, с тръба, която премина през външната камера и беше снабдена с ключ. Вътре във втората чаша имаше багажник.

Съществото или обектът, чиято специфична топлина трябваше да бъде определена, беше поставено върху тази мрежа. Ледът беше поставен вътре в концентричните чаши, както в кошницата.

Топлината, произведена от тялото, се абсорбира от леда, причинявайки му да се стопи. И течният воден продукт от топенето на леда беше събран, отваряйки вътрешния стъклен ключ.

И накрая, с водата тежка, масата на разтопения лед беше известна.

Части

Най-широко използваният калориметър в лабораториите за обучение по химия е така нареченият калориметър за кафе. Този калориметър се състои от стъклена чаша или вместо контейнер от аниме материал, който има определени изолационни свойства. Вътре в този контейнер водният разтвор се поставя с тялото, което ще произвежда или абсорбира топлина.

В горната част на контейнера се поставя капак, изработен от изолационен материал с два отвора. В единия се вкарва термометър за измерване на температурните промени, а в другия бъркалка, за предпочитане от стъклен материал, която изпълнява функцията да движи съдържанието на водния разтвор.

Изображението показва частите на калориметъра за бомба; но може да се види, че той има термометър и бъркалка, общи елементи в няколко калориметра.

Видове и техните характеристики

Чашата кафе

Той е този, който се използва за определяне на топлината, отделена чрез екзотермична реакция, и топлината, абсорбирана в ендотермична реакция.

Освен това може да се използва за определяне на специфичната топлина на тялото; тоест количеството топлина, което грам вещество трябва да поеме, за да повиши температурата си с един градус по Целзий.,

Калориметричната бомба

Това е устройство, в което се измерва количеството топлина, която се отделя или абсорбира в реакция, възникваща при постоянен обем.

Реакцията протича в силен стоманен съд (помпата), който е потопен в голям обем вода. Това поддържа малки промени в температурата на водата. Следователно се приема, че промените, свързани с реакцията, се измерват при постоянен обем и температура.

Това показва, че не се работи, когато се извършва реакция в калориметъра на бомбата.

Реакцията започва с подаване на електричество чрез кабели, свързани към помпата.

Адиабатният калориметър

Характеризира се с това, че има изолираща конструкция, наречена щит. Екранът е разположен около клетката, където настъпват промени в топлината и температурата. По същия начин той е свързан с електронна система, която поддържа температурата си много близка до тази на клетката, като по този начин се избягва пренос на топлина.

При адиабатен калориметър температурната разлика между калориметъра и околностите му е сведена до минимум; както и минимизиране на коефициента на топлопреминаване и времето за топлообмен.

Неговите части се състоят от следното:

-Клетката (или контейнерът), интегрирана в изолационна система, с помощта на която се опитва да избегне загубата на топлина.

-Термометърът за измерване на промените в температурата.

-Нагревател, свързан с контролируем източник на електрическо напрежение.

-И щита, вече споменат.

В този тип калориметър могат да се определят свойства като ентропия, температура на Debye и плътност на електроните на състоянието.

Калориметърът изоперибол

Това е устройство, в което реакционната клетка и помпата са потопени в структура, наречена кожух. В този случай така нареченото яке се състои от вода, поддържана при постоянна температура.

Температурата на клетката и помпата се покачват при отделянето на топлина по време на процеса на горене; Но температурата на водната риза се поддържа на фиксирана температура.

Микропроцесор контролира температурата на клетката и кожуха, като прави необходимите корекции за топлината на изтичане, която е резултат от разликите между двете температури.

Тези корекции се прилагат непрекъснато и с окончателна корекция въз основа на измервания преди и след изпитването.

Течният калориметър

Разработен от Caliendar, той има устройство за движение на газ в контейнер с постоянна скорост. Чрез добавяне на топлина се измерва повишаването на температурата в течността.

Проточният калориметър се характеризира с:

- Точно измерване на скоростта на постоянния поток.

- Прецизно измерване на количеството топлина, подавана в течността чрез нагревател.

- Точно измерване на повишаването на температурата в газа, причинено от вложената енергия

- Конструкция за измерване на капацитета на газ под налягане.

Калориметърът за диференциална сканираща калориметрия

Характеризира се с това, че има два контейнера: в единия се поставя пробата, която ще се изследва, а в другата се съхранява празна или се използва референтен материал.

Двата съда се загряват с постоянна скорост на енергия с помощта на два независими нагревателя. Когато двата съда започнат да се нагряват, компютърът ще очертае разликата в топлинния поток на нагревателите спрямо температурата, като по този начин ще определи топлинния поток.

Освен това може да се определи изменението на температурата като функция на времето; и накрая, калоричният капацитет.

Приложения

Във физикохимията

-Основните калориметри, тип чаша за кафе, позволяват да се измери количеството топлина, което тялото отделя или абсорбира. В тях можете да определите дали реакцията е екзотермична или ендотермична. Освен това може да се определи специфичната топлина на тялото.

-С адиабатния калориметър е възможно да се определи ентропията на химичен процес и електронната плътност на състоянието.

В биологичните системи

-Микрокалориметрите се използват за изучаване на биологични системи, които включват взаимодействия между молекулите, както и молекулярните конформационни промени, които настъпват; например при разгъване на молекула. Линията включва както диференциално сканиране, така и изотермично титруване.

-Микрокалориметърът се използва при разработването на лекарства с малки молекули, биотерапевтици и ваксини.

Калориметър и калорийна мощност на кислородна помпа

В калориметъра за кислородна бомба се получава изгарянето на много вещества и може да се определи нейната калоричност. Сред изследваните вещества чрез използването на този калориметър са: въглища и кокс; хранителни масла, както тежки, така и леки; бензин и всички моторни горива.

Както и видовете горива за самолети; изхвърляне на отпадъци и отпадъци; хранителни продукти и добавки за хранене на човека; фуражни култури и добавки за храна за животни; Строителни материали; ракетни горива и горива.

По същия начин, калориметрията е определена чрез калориметрия при термодинамични изследвания на горими материали; при изследване на енергийния баланс в екологията; в експлозивите и термичните прахове и в обучението на основни термодинамични методи.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). Адиабатна калориметрия и нейните приложения. Възстановено от: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Калориметър. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (22 юни 2018 г.). Определение на калориметъра в химията. Възстановено от: thinkco.com
5. Джилеспи, Клер. (11 април 2018 г.). Как работи калориметърът? Sciencing. Възстановено от: sciaching.com