CALORIMETER: KASAYSAYAN, BAHAGI, URI AT KANILANG MGA KATANGIAN - CHEMISTRY - 2025

Ang calorimeter ay isang aparato na ginamit upang masukat ang pagbabago sa temperatura ng isang dami ng sangkap (karaniwang tubig) ng kilalang tiyak na init. Ang pagbabagong ito sa temperatura ay dahil sa init na hinihigop o pinakawalan sa proseso na pinag-aaralan; kemikal kung ito ay isang reaksyon, o pisikal kung binubuo ito ng isang pagbabago o yugto ng estado.

Sa laboratoryo ang pinakasimpleng calorimeter na maaaring matagpuan ay ang baso ng kape. Ginagamit ito upang masukat ang init na hinihigop o pinakawalan sa isang reaksyon sa palaging presyon, sa may tubig na solusyon. Napili ang mga reaksyon upang maiwasan ang interbensyon ng mga reagents o mga produktong gas.

Pinagmulan: Ni Ichwarsnur, mula sa Wikimedia Commons Sa isang reaksyon ng exothermic, ang halaga ng pinalabas na init ay maaaring kalkulahin mula sa pagtaas ng temperatura ng calorimeter at may tubig na solusyon:

Halaga ng init na naibigay sa reaksyon = dami ng init na hinihigop ng calorimeter + na halaga ng init na hinihigop ng solusyon

Ang dami ng init na sumisipsip ng calorimeter ay tinatawag na kapasidad ng init ng calorimeter. Natutukoy ito sa pamamagitan ng pagbibigay ng isang kilalang dami ng init sa calorimeter na may isang naibigay na masa ng tubig. Pagkatapos, ang pagtaas ng temperatura ng calorimeter at ang solusyon na nilalaman nito ay sinusukat.

Sa mga datos na ito, at ang paggamit ng tukoy na init ng tubig (4.18 J / g.ºC), ang kaloriyang kapasidad ng calorimeter ay maaaring kalkulahin. Ang kapasidad na ito ay tinatawag ding pare-pareho ang calorimeter.

Sa kabilang banda, ang init na nakuha ng aqueous solution ay katumbas ng m · ce · Δt. Sa formula m = masa ng tubig, ce = tiyak na init ng tubig at Δt = pagkakaiba-iba ng temperatura. Alam ang lahat ng ito, pagkatapos ay makakalkula ang dami ng init na pinakawalan ng exothermic reaksyon.

Kasaysayan ng calorimeter

Noong 1780, si AL Lavoisier, isang chemist ng Pransya, ay itinuturing na isa sa mga ama ng kimika, ay gumagamit ng isang guinea pig upang masukat ang paggawa ng init sa pamamagitan ng paghinga.

Paano? Paggamit ng isang aparato na katulad ng isang calorimeter. Ang init na ginawa ng guinea pig ay napatunayan ng natutunaw na snow na pumaligid sa patakaran ng pamahalaan.

Ang mga mananaliksik A. L Lavoisier (1743-1794) at PS Laplace (1749-1827) ay nagdisenyo ng isang calorimeter na ginamit upang masukat ang tiyak na init ng isang katawan sa pamamagitan ng pamamaraan ng natutunaw na yelo.

Ang calorimeter ay binubuo ng isang cylindrical varnished tasa ng tasa, suportado ng isang tripod at panloob na natapos ng isang funnel. Sa loob nito, ang isa pang baso ay inilagay, na katulad ng nauna, na may isang tubo na dumaan sa labas ng silid at nilagyan ng isang susi. Sa loob ng pangalawang baso ay isang rack.

Ang pagkatao o bagay na ang tiyak na init ay dapat matukoy ay inilagay sa grid na ito. Inilagay si Ice sa loob ng concentric baso, tulad ng sa basket.

Ang init na ginawa ng katawan ay hinihigop ng yelo, na naging dahilan upang matunaw. At ang likidong produkto ng tubig ng pagtunaw ng yelo ay nakolekta, binubuksan ang panloob na key key.

At sa wakas, sa mabigat na tubig, ang masa ng tinunaw na yelo ay kilala.

Mga Bahagi

Ang pinakalawak na ginagamit na calorimeter sa mga laboratoryo sa pagtuturo ng kimika ay ang tinatawag na calorimeter na tasa ng kape. Ang calorimeter na ito ay binubuo ng isang beaker, o sa halip, isang lalagyan ng materyal na anime na may ilang mga katangian ng insulating. Sa loob ng lalagyan na ito ang tubig na may solusyon ay nakalagay sa katawan na gagawa o sumisipsip ng init.

Ang isang takip na gawa sa insulating material na may dalawang butas ay nakalagay sa itaas na bahagi ng lalagyan. Sa isang thermometer ay ipinasok upang masukat ang mga pagbabago sa temperatura, at sa iba pang isang pampalubag, mas mabuti na gawa sa materyal na baso, na tinutupad ang pag-andar ng paglipat ng nilalaman ng may tubig na solusyon.

Ipinapakita ng imahe ang mga bahagi ng isang bomba calorimeter; gayunpaman, makikita na mayroon itong thermometer at ang stirrer, karaniwang mga elemento sa maraming calorimeter.

Mga uri at kanilang mga katangian

Ang tasa ng kape

Ito ay ang ginagamit sa pagpapasiya ng init na pinakawalan ng isang exothermic reaksyon, at ang init ay sumisipsip sa isang endothermic reaksyon.

Bukod dito, maaari itong magamit sa pagtukoy ng tukoy na init ng isang katawan; iyon ay, ang dami ng init na kinakailangang sumipsip ng isang gramo ng sangkap upang itaas ang temperatura nito sa pamamagitan ng isang degree na Celsius. .

Ang calorimetric na bomba

Ito ay isang aparato kung saan ang dami ng init na ibinibigay o nasisipsip sa isang reaksyon na nangyayari nang palagiang dami ay sinusukat.

Ang reaksyon ay nagaganap sa isang malakas na lalagyan ng bakal (ang bomba), na kung saan ay nalubog sa isang malaking dami ng tubig. Pinapanatili nito ang pagbabago ng temperatura ng tubig. Samakatuwid, ipinapalagay na ang mga pagbabago na nauugnay sa reaksyon ay sinusukat sa pare-pareho ang dami at temperatura.

Ipinapahiwatig nito na walang gawa na ginagawa kapag ang isang reaksyon ay isinasagawa sa isang calorimeter ng bomba.

Ang reaksyon ay sinimulan sa pamamagitan ng pagbibigay ng koryente sa pamamagitan ng mga kable na konektado sa pump.

Ang adiabatic calorimeter

Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang insulating istraktura na tinatawag na isang kalasag. Ang kalasag ay matatagpuan sa paligid ng cell kung saan nagaganap ang mga pagbabago sa init at temperatura. Gayundin, ito ay konektado sa isang elektronikong sistema na nagpapanatili ng temperatura nito na malapit sa na ng cell, kaya maiwasan ang paglipat ng init.

Sa isang adiabatic calorimeter ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng calorimeter at sa mga paligid nito ay nabawasan; pati na rin ang pagliit ng koepisyent ng paglipat ng init at oras para sa pagpapalit ng init.

Ang mga bahagi nito ay binubuo ng mga sumusunod:

-Ang cell (o lalagyan), na isinama sa isang sistema ng pagkakabukod sa pamamagitan ng kung saan sinusubukan nitong maiwasan ang pagkawala ng init.

-Ang thermometer, upang masukat ang mga pagbabago sa temperatura.

-Ang pampainit, na konektado sa isang nakokontrol na mapagkukunan ng boltahe ng elektrikal.

-At ang kalasag, nabanggit na.

Sa ganitong uri ng calorimeter, ang mga katangian tulad ng entropy, temperatura ng Debye, at ang density ng elektron ng estado ay maaaring matukoy.

Ang isoperibol calorimeter

Ito ay isang aparato kung saan ang reaksyon ng cell at bomba ay nalubog sa isang istraktura na tinatawag na isang dyaket. Sa kasong ito, ang tinaguriang dyaket ay binubuo ng tubig, na pinapanatili sa isang palaging temperatura.

Ang temperatura ng cell at pump ay tumaas habang ang init ay pinakawalan sa panahon ng proseso ng pagkasunog; Ngunit ang temperatura ng jacket ng tubig ay pinananatili sa isang nakapirming temperatura.

Kinokontrol ng isang microprocessor ang temperatura ng cell at dyaket, na ginagawa ang kinakailangang pagwawasto para sa init ng pagtulo na nagreresulta mula sa mga pagkakaiba sa pagitan ng dalawang temperatura.

Ang mga pagwawastong ito ay inilalapat nang tuluy-tuloy, at may pangwakas na pagwawasto, batay sa mga pagsukat bago at pagkatapos ng pagsubok.

Ang daloy calorimeter

Binuo ng Caliendar, mayroon itong aparato upang ilipat ang isang gas sa isang lalagyan nang palagiang bilis. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng init, ang pagtaas ng temperatura sa likido ay sinusukat.

Ang daloy ng calorimeter ay nailalarawan sa pamamagitan ng:

- Isang eksaktong pagsukat ng bilis ng palagiang daloy.

- Tumpak na pagsukat ng dami ng init na ipinakilala sa likido sa pamamagitan ng isang pampainit.

- Isang tumpak na pagsukat ng pagtaas ng temperatura sa gas na sanhi ng input ng enerhiya

- Isang disenyo upang masukat ang kapasidad ng isang gas sa ilalim ng presyon.

Ang calorimeter para sa kaugalian pag-scan calorimetry

Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng dalawang lalagyan: ang isa ay inilalagay ang sample upang pag-aralan, habang ang isa ay pinapanatiling walang laman o isang sanggunian na materyal ang ginagamit.

Ang dalawang daluyan ay pinainit sa isang palaging rate ng enerhiya, sa pamamagitan ng dalawang malayang pampainit. Kapag ang pag-init ng dalawang daluyan ay nagsisimula, ang computer ay magplano ng pagkakaiba sa daloy ng init mula sa mga heaters laban sa temperatura, sa gayon pinapayagan ang pag-agos ng init.

Bukod dito, ang pagkakaiba-iba ng temperatura bilang isang function ng oras ay maaaring matukoy; at sa wakas, ang kapasidad ng caloric.

Aplikasyon

Sa physicochemistry

-Ang pangunahing calorimeter, uri ng tasa ng kape, ay nagbibigay-daan upang masukat ang dami ng init na ibinibigay o sumisipsip ng isang katawan. Sa mga ito maaari mong matukoy kung ang isang reaksyon ay exothermic o endothermic. Bukod dito, ang tiyak na init ng isang katawan ay maaaring matukoy.

-Sa pamamagitan ng adiabatic calorimeter posible upang matukoy ang entropy ng isang proseso ng kemikal at ang elektronikong density ng estado.

Sa mga biological system

-Microcalorimeter ay ginagamit upang pag-aralan ang mga biological system na kasama ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula, pati na rin ang mga pagbabago sa pang-angkop na molekula; halimbawa, sa paglalahad ng isang molekula. Kasama sa linya ang parehong pagkaka-scan ng kaugalian at isothermal titration.

-Ang microcalorimeter ay ginagamit sa pagbuo ng mga maliliit na gamot ng molekula, biotherapeutics at mga bakuna.

Oxygen pump calorimeter at caloric power

Sa calorimeter ng bomba ng oxygen, ang pagkasunog ng maraming mga sangkap ay nangyayari, at ang halaga ng caloric nito ay maaaring matukoy. Kabilang sa mga sangkap na pinag-aralan sa pamamagitan ng paggamit ng calorimeter na ito ay: karbon at coke; nakakain na langis, parehong mabigat at magaan; gasolina at lahat ng mga gasolina.

Pati na rin ang mga uri ng mga gasolina para sa mga jet ng sasakyang panghimpapawid; basura ng gasolina at pagtatapon ng basura; mga produktong pagkain at pandagdag para sa nutrisyon ng tao; para sa pananim ng pananim at pandagdag para sa feed ng hayop; Mga materyales sa konstruksyon; mga rocket fuels at propellant.

Gayundin, ang lakas ng caloric ay natutukoy ng calorimetry sa mga pag-aaral ng thermodynamic ng mga sunugin na materyales; sa pag-aaral ng balanse ng enerhiya sa ekolohiya; sa mga eksplosibo at thermal pulbos at sa pagtuturo ng mga pangunahing pamamaraan ng thermodynamic.

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). Adiabatic calorimetry at ang mga aplikasyon nito. Nabawi mula sa: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Calorimeter. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Hunyo 22, 2018). Kahulugan ng Calorimeter sa Chemistry. Nabawi mula sa: thoughtco.com
5. Gillespie, Claire. (Abril 11, 2018). Paano Gumagana ang isang Calorimeter? Sciencing. Nabawi mula sa: sciencing.com