- Geschiedenis van de calorimeter
- Onderdelen
- Typen en hun kenmerken
- De kop koffie
- De calorimetrische bom
- De adiabatische calorimeter
- De isoperibol-calorimeter
- De stroomcalorimeter
- De calorimeter voor differentiële scanningcalorimetrie
- Toepassingen
- In fysicochemie
- In biologische systemen
- Zuurstofpomp calorimeter en calorisch vermogen
- Referenties
De calorimeter is een apparaat dat wordt gebruikt om de verandering in temperatuur van een hoeveelheid stof (meestal water) met bekende soortelijke warmte te meten. Deze temperatuurverandering is het gevolg van de warmte die wordt geabsorbeerd of vrijgegeven tijdens het bestudeerde proces; chemisch als het een reactie is, of fysisch als het bestaat uit een fase- of toestandsverandering.
In het laboratorium is de eenvoudigste calorimeter die te vinden is die van het koffieglas. Het wordt gebruikt om de warmte te meten die wordt geabsorbeerd of afgegeven bij een reactie bij constante druk, in waterige oplossing. De reacties zijn geselecteerd om de tussenkomst van reagentia of gasvormige producten te vermijden.
Bron: door Ichwarsnur, van Wikimedia Commons Bij een exotherme reactie kan de hoeveelheid warmte die vrijkomt worden berekend uit de temperatuurstijging van de calorimeter en de waterige oplossing:
Hoeveelheid warmte die wordt afgegeven tijdens de reactie = hoeveelheid warmte die wordt opgenomen door de calorimeter + hoeveelheid warmte die wordt opgenomen door de oplossing
De hoeveelheid warmte die de calorimeter opneemt, wordt de warmtecapaciteit van de calorimeter genoemd. Dit wordt bepaald door met een bepaalde massa water een bekende hoeveelheid warmte aan de calorimeter toe te voeren. Vervolgens wordt de temperatuurstijging van de calorimeter en de oplossing die deze bevat, gemeten.
Met deze gegevens en het gebruik van de soortelijke warmte van water (4,18 J / g.ºC) kan de calorische capaciteit van de calorimeter worden berekend. Deze capaciteit wordt ook wel de calorimeterconstante genoemd.
Aan de andere kant is de warmte die wordt gewonnen door de waterige oplossing gelijk aan m · ce · Δt. In de formule m = massa water, ce = soortelijke warmte van water en Δt = temperatuurvariatie. Dit alles wetende, kan men vervolgens de hoeveelheid warmte berekenen die vrijkomt bij de exotherme reactie.
Geschiedenis van de calorimeter
In 1780 gebruikte AL Lavoisier, een Franse chemicus, beschouwd als een van de grondleggers van de scheikunde, een proefkonijn om de productie van warmte door de ademhaling te meten.
Hoe? Gebruik een apparaat dat lijkt op een calorimeter. De warmte die door de cavia werd geproduceerd, bleek uit de smeltende sneeuw die het apparaat omringde.
Onderzoekers A. L Lavoisier (1743-1794) en PS Laplace (1749-1827) ontwierpen een calorimeter die werd gebruikt om de soortelijke warmte van een lichaam te meten met behulp van de methode van smeltend ijs.
De calorimeter bestond uit een cilindrische, gelakte tinnen beker, ondersteund door een statief en intern afgesloten met een trechter. Binnenin werd een ander glas geplaatst, vergelijkbaar met het vorige, met een buis die door de buitenste kamer ging en was voorzien van een sleutel. In het tweede glas zat een rek.
Het wezen of object waarvan de soortelijke warmte bepaald moest worden, werd op dit rooster geplaatst. IJs werd in de concentrische glazen geplaatst, net als in de mand.
De door het lichaam geproduceerde warmte werd door het ijs opgenomen, waardoor het smelt. En het vloeibare waterproduct van het smelten van het ijs werd verzameld, waardoor de interne glazen sleutel werd geopend.
En ten slotte, met het zware water, was de massa van het gesmolten ijs bekend.
Onderdelen
De meest gebruikte calorimeter in scheikundelaboratoria is de zogenaamde koffiekopcalorimeter. Deze calorimeter bestaat uit een beker, of in plaats daarvan, een container met anime-materiaal dat bepaalde isolerende eigenschappen heeft. In deze container wordt de waterige oplossing bij het lichaam geplaatst dat warmte gaat produceren of absorberen.
Op het bovenste deel van de container wordt een deksel van isolerend materiaal met twee gaten geplaatst. In de ene wordt een thermometer ingebracht om temperatuurveranderingen te meten, en in de andere een roerder, bij voorkeur gemaakt van glasmateriaal, die de functie vervult van het verplaatsen van de inhoud van de waterige oplossing.
De afbeelding toont de onderdelen van een bomcalorimeter; het kan echter worden gezien dat het de thermometer en de roerder heeft, gemeenschappelijke elementen in verschillende calorimeters.
Typen en hun kenmerken
De kop koffie
Het is degene die wordt gebruikt bij het bepalen van de warmte die vrijkomt bij een exotherme reactie en de warmte die wordt geabsorbeerd bij een endotherme reactie.
Bovendien kan het worden gebruikt bij het bepalen van de soortelijke warmte van een lichaam; dat wil zeggen, de hoeveelheid warmte die een gram van de stof nodig heeft om de temperatuur met één graad Celsius te verhogen. .
De calorimetrische bom
Het is een apparaat waarin de hoeveelheid warmte wordt gemeten die wordt afgegeven of geabsorbeerd bij een reactie die plaatsvindt bij constant volume.
De reactie vindt plaats in een sterke stalen container (de pomp), die is ondergedompeld in een grote hoeveelheid water. Hierdoor blijven de watertemperatuurveranderingen klein. Daarom wordt aangenomen dat de veranderingen die verband houden met de reactie worden gemeten bij constant volume en temperatuur.
Dit geeft aan dat er geen werk wordt verricht wanneer een reactie wordt uitgevoerd in een bomcalorimeter.
De reactie wordt gestart door elektriciteit te leveren via kabels die op de pomp zijn aangesloten.
De adiabatische calorimeter
Het wordt gekenmerkt door een isolerende structuur die een schild wordt genoemd. Het schild zit rond de cel waar warmte- en temperatuurveranderingen optreden. Evenzo is het verbonden met een elektronisch systeem dat zijn temperatuur zeer dicht bij die van de cel houdt, waardoor warmteoverdracht wordt vermeden.
In een adiabatische calorimeter wordt het temperatuurverschil tussen de calorimeter en zijn omgeving geminimaliseerd; evenals het minimaliseren van de warmteoverdrachtscoëfficiënt en de tijd voor warmte-uitwisseling.
De onderdelen bestaan uit de volgende:
-De cel (of container), geïntegreerd in een isolatiesysteem waarmee het warmteverlies tracht te voorkomen.
-De thermometer, om temperatuurveranderingen te meten.
-Een verwarmer, aangesloten op een regelbare bron van elektrische spanning.
- En het schild, al genoemd.
In dit type calorimeter kunnen eigenschappen zoals entropie, Debye-temperatuur en toestandselektronendichtheid worden bepaald.
De isoperibol-calorimeter
Het is een apparaat waarin de reactiecel en de pomp zijn ondergedompeld in een constructie die een mantel wordt genoemd. In dit geval bestaat de zogenaamde jas uit water, dat op een constante temperatuur wordt gehouden.
De temperatuur van de cel en de pomp stijgt naarmate er warmte vrijkomt tijdens het verbrandingsproces; Maar de temperatuur van de watermantel wordt op een vaste temperatuur gehouden.
Een microprocessor regelt de temperatuur van de cel en de mantel en corrigeert de nodige correcties voor de lekwarmte die ontstaat door de verschillen tussen de twee temperaturen.
Deze correcties worden continu en met een laatste correctie toegepast op basis van metingen voor en na de test.
De stroomcalorimeter
Het is ontwikkeld door Caliendar en heeft een apparaat om een gas in een container met een constante snelheid te verplaatsen. Door warmte toe te voegen wordt de temperatuurstijging in de vloeistof gemeten.
De stroomcalorimeter wordt gekenmerkt door:
- Een exacte meting van de snelheid van de constante stroom.
- Nauwkeurige meting van de hoeveelheid warmte die via een verwarmer aan de vloeistof wordt toegevoerd.
- Een nauwkeurige meting van de temperatuurstijging van het gas veroorzaakt door de energie-input
- Een ontwerp om de capaciteit van een gas onder druk te meten.
De calorimeter voor differentiële scanningcalorimetrie
Het wordt gekenmerkt door het hebben van twee containers: in de ene wordt het te onderzoeken monster geplaatst, terwijl de andere leeg wordt gehouden of een referentiemateriaal wordt gebruikt.
De twee vaten worden verwarmd met een constante energiesnelheid, door middel van twee onafhankelijke verwarmers. Wanneer het verwarmen van de twee vaten begint, zal de computer het verschil in warmtestroom van de verwarmers uitzetten tegen de temperatuur, zodat de warmtestroom kan worden bepaald.
Verder kan de variatie van de temperatuur als functie van de tijd worden bepaald; en tenslotte de calorische capaciteit.
Toepassingen
In fysicochemie
-Met de basiscalorimeters, het type koffiekop, kan de hoeveelheid warmte worden gemeten die een lichaam afgeeft of absorbeert. Daarin kun je bepalen of een reactie exotherm of endotherm is. Bovendien kan de soortelijke warmte van een lichaam worden bepaald.
-Met de adiabatische calorimeter was het mogelijk om de entropie van een chemisch proces en de elektronische dichtheid van de toestand te bepalen.
In biologische systemen
-Microcalorimeters worden gebruikt om biologische systemen te bestuderen die interacties tussen moleculen omvatten, evenals de moleculaire conformatieveranderingen die optreden; bijvoorbeeld bij het ontvouwen van een molecuul. De lijn omvat zowel differentiële scanning als isotherme titratie.
-De microcalorimeter wordt gebruikt bij de ontwikkeling van geneesmiddelen met kleine moleculen, biotherapeutica en vaccins.
Zuurstofpomp calorimeter en calorisch vermogen
In de zuurstofbomcalorimeter vindt de verbranding van veel stoffen plaats en kan de calorische waarde ervan worden bepaald. Onder de stoffen die door het gebruik van deze calorimeter worden bestudeerd, zijn: steenkool en cokes; eetbare oliën, zowel zwaar als licht; benzine en alle motorbrandstoffen.
Evenals de soorten brandstoffen voor vliegtuigjets; afvalbrandstof en afvalverwijdering; voedingsproducten en supplementen voor menselijke voeding; voedergewassen en supplementen voor diervoeder; Bouwmaterialen; raketbrandstoffen en drijfgassen.
Evenzo is het calorische vermogen bepaald door calorimetrie in thermodynamische studies van brandbare materialen; in de studie van energiebalans in ecologie; in explosieven en thermische poeders en in het onderwijzen van thermodynamische basismethoden.
Referenties
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren.
- González J., Cortés L. & Sánchez A. (zd). Adiabatische calorimetrie en zijn toepassingen. Hersteld van: cenam.mx
- Wikipedia. (2018). Calorimeter. Hersteld van: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juni 2018). Calorimeter-definitie in de chemie. Hersteld van: thoughtco.com
- Gillespie, Claire. (11 april 2018). Hoe werkt een calorimeter? Wetenschappelijk. Hersteld van: sciencing.com