Калориметърът е устройство, използвано за измерване на количеството топлинен поток при химическа реакция. Два от най-разпространените видове калориметри са калориметърът за чаша кафе и калориметърът за бомба.
Калориметър за чаша за кафе
Чаша за кафе калориметър представлява по същество чаша от полистирол (стиропор) с капак. Чашата е частично напълнена с известен обем вода и през капака на чашата се вкарва термометър, така че крушката му да е под водната повърхност. Когато в калориметъра за кафена чашка се появи химическа реакция, топлината на реакцията се поглъща от водата. Промяната на температурата на водата се използва за изчисляване на количеството топлина, която е погълната (използвана за приготвяне продукти, така че температурата на водата намалява) или еволюира (губи се от водата, така че нейната температура се увеличава) в реакция.
Топлинният поток се изчислява, като се използва отношението:
q = (специфична топлина) x m x Δt
Където q е топлинен поток, m е маса в грамове, а Δt е промяната в температурата. Специфичната топлина е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам вещество 1 градус по Целзий. Специфичната топлина на водата е 4,18 J / (g · ° C).
Например, помислете за химическа реакция, която се проявява в 200 грама вода с начална температура 25,0 С. Реакцията се оставя да протече в калориметъра за чаша кафе. В резултат на реакцията температурата на водата се променя до 31,0 С. Топлинният поток се изчислява:
рвода = 4,18 J / (g · ° C) x 200 g x (31,0 C - 25,0 C)
рвода = +5.0 x 103 J
Продуктите от реакцията отделят 5000 J топлина, която се губи от водата. Най- промяна на енталпията, ΔH, за реакцията е равна по величина, но противоположна по отношение на топлинния поток за водата:
АНреакция = - (qвода)
Спомнете си, че за екзотермична реакция ΔH <0, qвода е положителен. Водата абсорбира топлината от реакцията и се наблюдава повишаване на температурата. За ендотермична реакция ΔH> 0, qвода е отрицателен. Водата доставя топлина за реакцията и се наблюдава понижение на температурата.
Калориметър за бомби
Калориметър за кафена чаша е чудесен за измерване на топлинния поток в разтвор, но не може да се използва за реакции, които включват газове, тъй като те ще избягат от чашата. Калориметърът за кафена чаша също не може да се използва за реакции при високи температури, защото те ще разтопят чашата. Калориметърът на бомбите се използва за измерване на топлинните потоци за газове и високотемпературни реакции.
Калориметърът на бомбата работи по същия начин като калориметър за чаша кафе с една голяма разлика: В калориметър за кафена чашка реакцията се осъществява във водата, докато е в болотен калориметър, реакцията протича в запечатан метален контейнер, който се поставя във водата в изолиран контейнер. Топлинният поток от реакцията преминава през стените на запечатания контейнер към водата. Измерена е температурната разлика на водата, точно както беше калориметър за кафена чаша. Анализът на топлинния поток е малко по-сложен, отколкото при калориметъра за кафена чаша, тъй като топлинният поток в металните части на калориметъра трябва да се вземе предвид:
рреакция = - (qвода + qбомба)
където qвода = 4,18 J / (g · ° C) x mвода x Δt
Бомбата има фиксирана маса и специфична топлина. Масата на бомбата, умножена по нейната специфична топлина, понякога се нарича константа на калориметъра, обозначена със символа С с единици джаули на градус по Целзий. Калориметровата константа се определя експериментално и ще варира от един калориметър до следващия. Най- топлинен поток на бомбата е:
рбомба = C x Δt
След като е известна постоянната калориметър, изчисляването на топлинния поток е проста материя. Налягането в калориметъра на бомбата често се променя по време на реакция, така че топлинният поток може да не е равен по величина на промяната на енталпията.