Kaloriméter-előzmények, alkatrészek, típusok és jellemzőik

az hőmennyiségmérő olyan eszköz, amely az adott fajlagos hővel rendelkező anyag (általában víz) mennyiségének hőmérséklet-változásának mérésére szolgál. Ez a hőmérsékletváltozás a vizsgált folyamatban abszorbeált vagy felszabaduló hőnek köszönhető; vegyi anyag, ha reakció, vagy fizikai, ha egy fázisból vagy állapotváltozásból áll.

A laboratóriumban a legegyszerűbb kalóriamérő a kávéscsésze. A reakciót állandó nyomáson, vizes oldatban felvett vagy felszabaduló hő mérésére használják. A reakciókat úgy választjuk meg, hogy elkerüljük a reagensek vagy a gáz halmazállapotú termékek beavatkozását.

Exoterm reakcióban a kibocsátott hőmennyiség a kaloriméter és a vizes oldat hőmérsékletének növekedése alapján számítható ki:

A reakció során felszabaduló hőmennyiség = a kaloriméter által elnyelt hőmennyiség + az oldat által elnyelt hőmennyiség

A kaloriméter által elnyelt hőmennyiséget kaloriméter-kalória-kapacitásnak nevezzük. Ezt úgy határozzuk meg, hogy ismert mennyiségű vizet adunk egy adott vízmennyiséggel. Ezután megmérjük a kaloriméter hőmérsékletét és a benne lévő oldatot.

Ezekkel az adatokkal és a víz fajlagos hőjének (4,18 J / g ° C) használatával kiszámítható a kaloriméter kalória-kapacitása. Ezt a kapacitást állandóan kaloriméternek is nevezik.

Másrészről a vizes oldat által nyert hőmérséklet egyenlő m · ce · Δt-vel. A képletben m = a víz tömege, ce = a fajlagos vízhőmérséklet és Δt = a hőmérséklet változása. Mindezek ismeretében kiszámítható az exoterm reakció által kibocsátott hőmennyiség.

index

• 1 A kaloriméter története
• 2 rész
• 3 Típusok és jellemzőik
  • 3.1 A kávéscsésze
  • 3.2 A kalorimetriás szivattyú
  • 3.3 Az adiabatikus kaloriméter
  • 3.4 Az izoperiboláris kaloriméter
  • 3.5 Az áramlási kaloriméter
  • 3.6 A kaloriméter a differenciális szkennelési kalorimetriához
• 4 Alkalmazások
  • 4.1 Fizikai-kémia
  • 4.2 Biológiai rendszerekben
  • 4.3 Az oxigénszivattyú és a kalóriaerő kalorimétere
• 5 Referenciák

A kaloriméter története

1780-ban A. L. Lavoisier, a francia kémikus, aki a kémia egyik apjának tekintette, tengerimalacot használt, hogy megmérje a hőtermelését a lélegeztetésével..

Hogyan? A kaloriméterhez hasonló eszköz használata. A tengerimalac által termelt hőt a készülék körülvett hó olvadása bizonyította.

A. Lavoisier (1743-1794) és P. S. Laplace (1749-1827) kutatói egy olyan kalorimétert terveztek, amely a test egyedi hőjének mérésére szolgál a jég olvadási módszerével..

A kaloriméter egy ónozott, hengeres főzőpohárból állt, lakkozott, állvány által tartott, és belsejében egy tölcsérrel végződött. Belül egy másik pohár került elhelyezésre, hasonlóan az előzőhöz, egy csővel, amely átment a külső kamrán, és egy kulcsot kapott. A második üveg belsejében rács volt.

Ebben a rácsban a lényeget vagy tárgyat helyeztük el, amelynek meghatározott hőt kívánunk meghatározni. A jég a koncentrikus edényekbe került, mint a kosárban.

A test által termelt hőt a jég abszorbeálta, ami fúzióját okozza. A jég olvadása folyékony víztermékét összegyűjtöttük, és megnyitottuk a belső üveg kulcsát.

És végül, a víz mérésével ismert volt az olvadt jég tömege.

alkatrészek

A kémia tanító laboratóriumokban a leggyakrabban használt kaloriméter az úgynevezett kávéscsésze kaloriméter. Ez a kaloriméter egy főzőpohárból áll, vagyis anime anyagból készült tartályból, amely bizonyos szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik. A tartály belsejében a vizes oldatot a testbe helyezik, amely hőt termel vagy elnyel.

A tartály felső részén két lyukú szigetelőanyag fedele van. Az egyikben hőmérőt vezetünk be a hőmérséklet-változások mérésére, a másikban keverőt, előnyösen üveganyagot, amely a vizes oldat tartalmának mozgatását végzi..

A kép egy kalorimetrikus szivattyú részeit mutatja; azonban megfigyelhető, hogy a hőmérővel és a keverővel közös elemei több kaloriméterben vannak.

Típusok és jellemzőik

A kávéscsésze

Ez az egyik, amelyet az exoterm reakció által kibocsátott hő meghatározására használnak, és az endoterm reakcióban felszívódó hőt..

Ezenkívül használható egy test sajátos hőjének meghatározására; azaz a hőmennyiség, amelyet egy anyag grammjának abszorbeálnia kell ahhoz, hogy a hőmérsékletet egy Celsius fokmal emelje.  .

A kalorimetrikus szivattyú

Olyan eszköz, amelyben az állandó térfogatban fellépő reakcióban felszabaduló vagy abszorbeált hőmennyiséget mérjük.

A reakció egy erős acéledényben (a szivattyúban) történik, amely nagy mennyiségű vízbe merül. Ezáltal a vízhőmérséklet változása kicsi. Ezért feltételezzük, hogy a reakcióhoz kapcsolódó változásokat állandó hőmérsékleten és térfogatban mérjük.

A fentiek azt jelzik, hogy nem végeznek munkát, ha a reakciót kalorimetriás szivattyúban hajtjuk végre.

A reakció a szivattyúhoz csatlakoztatott kábelek áramellátásával kezdődik.

Az adiabatikus kaloriméter

Jellemzője, hogy egy szigetelőszerkezet, amelyet pajzsnak nevezünk. A pajzs a sejt körül helyezkedik el, ahol a hő és a hőmérséklet változik. A hőátadás elkerülése érdekében elektronikus rendszerhez is csatlakozik, amely hőmérséklete nagyon közel áll a cellához.

Adiabatikus kaloriméterben a kaloriméter és a környezete közötti hőmérsékletkülönbség minimális; valamint a hőátadási együttható és a hőcserélő idő minimalizálása.

Részei a következőkből állnak:

-A cellát (vagy tartályt) olyan szigetelő rendszerbe integrálták, amellyel megpróbálják elkerülni a hőveszteséget.

-A hőmérő a hőmérséklet változások mérésére szolgál.

-A szabályozható elektromos feszültségforráshoz csatlakoztatott fűtés.

-És a pajzs már említett.

Az ilyen típusú kaloriméterekben meghatározhatók olyan tulajdonságok, mint az entrópia, a Debye hőmérséklet és az elektronikus állapot sűrűsége.

Az izoperibolikus kaloriméter

Olyan eszköz, amelyben a reakciósejt és a szivattyú egy olyan burkolatba van merítve, amelyet kabátnak neveznek. Ebben az esetben az úgynevezett kabát vízből áll, állandó hőmérsékleten tartva.

A cella és a szivattyú hőmérséklete emelkedik, amikor az égési folyamat során hő keletkezik; de a vízköpeny hőmérsékletét állandó hőmérsékleten tartjuk.

A mikroprocesszor szabályozza a cella és a köpeny hőmérsékletét, a szükséges hőmérséklet-korrekciókat a két hőmérséklet közötti különbségekből eredően..

Ezeket a korrekciókat folyamatosan és végleges korrekcióval alkalmazzák a vizsgálat előtt és után elvégzett mérések alapján.

Az áramlási kaloriméter

A Caliendar által kifejlesztett készüléknek van egy eszköze a gáz egy tartályban állandó sebességgel mozgatására. Hő hozzáadásakor megmérjük a folyadék hőmérsékletének növekedését.

Az áramlási kalorimétert a következők jellemzik:

- Az állandó áramlási sebesség pontos mérése.

- A melegítőn keresztül a folyadékba bevezetett hőmennyiség pontos mérése.

- Az energiabevitel által okozott gáz hőmérséklet-emelkedésének pontos mérése

- A nyomás alatt lévő gáz kapacitásának mérésére szolgáló kialakítás.

A differenciális szkennelési kalorimetria kalorimétere

Jellemzője, hogy két tárolóedény van: egyben a vizsgálandó mintát helyezzük el, míg a másik üres, vagy egy referenciaanyagot használunk..

A két edényt állandó energiasebességgel, két független fűtőberendezéssel melegítik. Amikor a két konténer fűtése megkezdődik, a számítógép grafikusan ábrázolja a fűtőberendezések hőáramlásának különbségét a hőmérséklettel, így meghatározhatja a hőáramlást.

Ezenkívül meghatározható a hőmérséklet függvényében bekövetkező változás is; és végül a kalória-kapacitás.

alkalmazások

A fizikai-kémia

-Az alap kaloriméterek, a kávéscsészék típusai lehetővé teszik a test által kibocsátott vagy felszívódó hő mennyiségének mérését. Meghatározhatják, hogy a reakció exoterm vagy endoterm. Ezenkívül meghatározható a test sajátos hője is.

-Az adiabatikus kaloriméterrel meg lehetett határozni egy kémiai folyamat entrópiáját és az állam elektronikus sűrűségét.

A biológiai rendszerekben

-A mikrokalorimétereket olyan biológiai rendszerek tanulmányozására használják, amelyek magukban foglalják a molekulák közötti kölcsönhatásokat, valamint az előforduló molekuláris konformációs változásokat; például egy molekula kibontakozásában. A vonal mind a differenciál szkennelést, mind az izoterm titrálást tartalmazza.

-A mikrokalorimétert kis molekulák, bioterápiás szerek és vakcinák gyógyszereinek kifejlesztésére használják.

Oxigénszivattyú kaloriméter és kalóriaerő

Számos anyag égése az oxigénszivattyú kaloriméterében történik, és kalória-teljesítménye meghatározható. A kaloriméter használatával vizsgált anyagok közül a szén és a koksz; étkezési olajok, mind nehéz, mind könnyű; benzin és minden motorüzemanyag.

A repülőgép-reaktorok üzemanyag-típusai mellett; üzemanyag-hulladék és a hulladék ártalmatlanítása; Élelmiszerek és kiegészítők az emberi táplálkozáshoz; takarmánynövények és takarmány-kiegészítők; építőanyagok; rakéta- és hajtóanyag-üzemanyagok.

Hasonlóképpen, a kalóriatartalmat az éghető anyagok termodinamikai vizsgálatában kalorimetriával határozták meg; az ökológia egyensúlyának tanulmányozásában; robbanóanyagokban és hőporokban, valamint az alapvető termodinamikai módszerek oktatásában.

referenciák

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
2. González J., Cortés L. és Sánchez A. (s.f.). Adiabatikus kalorimetria és alkalmazásai. Visszanyerve: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Kaloriméter. Lap forrása: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. június 22.). Kaloriméter meghatározása a kémia területén. A lap eredeti címe: thinkco.com
5. Gillespie, Claire. (2018. április 11.). Hogyan működik a kaloriméter? Sciencing. A lap eredeti címe: sciencing.com