Поделиться:
История калориметра, детали, типы и их характеристики
калориметр представляет собой устройство, которое используется для измерения изменения температуры определенного количества вещества (обычно воды) с известной удельной теплоемкостью. Это изменение температуры связано с поглощением или выделением тепла в исследуемом процессе; химический, если это реакция, или физический, если он состоит из изменения фазы или состояния.
В лаборатории самый простой калориметр, который можно найти, это калориметр. Он используется для измерения тепла, поглощенного или выделенного в реакции при постоянном давлении, в водном растворе. Реакции выбираются так, чтобы избежать вмешательства реагентов или газообразных продуктов..
В экзотермической реакции количество выделяемого тепла может быть рассчитано по увеличению температуры калориметра и водного раствора:
Количество тепла, которое выделяется в реакции = количество тепла, поглощенного калориметром + количество тепла, поглощенного раствором
Количество тепла, поглощаемое калориметром, называется калориметрической емкостью калориметра. Это определяется подачей известного количества тепла в калориметр с заданной массой воды. Затем измеряют повышение температуры калориметра и содержащегося в нем раствора..
С этими данными и использованием удельной теплоемкости воды (4,18 Дж / г ºC) можно рассчитать калорийность калориметра. Эта емкость также называется постоянной калориметра.
С другой стороны, тепло, получаемое водным раствором, равно m · ce · Δt. В формуле m = масса воды, ce = удельная теплоемкость воды и Δt = изменение температуры. Зная все это, можно рассчитать количество тепла, выделяемое экзотермической реакцией..
индекс
- 1 История калориметра
- 2 части
- 3 Типы и их характеристики
- 3.1 Кофейная чашка
- 3.2 Калориметрический насос
- 3.3 Адиабатический калориметр
- 3.4 Изопериболический калориметр
- 3.5 Проточный калориметр
- 3.6 Калориметр для дифференциальной сканирующей калориметрии
- 4 Приложения
- 4.1 В физикохимии
- 4.2 В биологических системах
- 4.3 Калориметр кислородного насоса и калорийность
- 5 ссылок
История калориметра
В 1780 году французский ученый А. Л. Лавуазье, считающийся одним из отцов химии, использовал морскую свинку, чтобы измерить выработку тепла при дыхании..
Как? Использование устройства, похожего на калориметр. О тепле, производимом морской свинкой, свидетельствует таяние снега, окружавшего аппарат.
Исследователи А. Л. Лавуазье (1743-1794) и П. С. Лаплас (1749-1827) разработали калориметр, который использовался для измерения удельной теплоты тела методом таяния льда.
Калориметр состоял из луженого цилиндрического стакана, покрытого лаком, удерживаемого штативом и внутренне ограниченного воронкой. Внутри было помещено еще одно стекло, похожее на предыдущее, с трубкой, проходящей через внешнюю камеру и снабженной ключом. Внутри второго стекла была сетка.
В эту сетку помещалось существо или объект, удельное тепло которого было желательно определить. Лед был помещен внутри концентрических сосудов, как в корзине.
Тепло, выделяемое телом, поглощалось льдом, вызывая его слияние. И жидкий водный продукт таяния льда собирали, открывая ключ внутреннего стекла.
И, наконец, при взвешивании воды масса расплавленного льда была известна.
части
Наиболее часто используемый калориметр в учебных лабораториях по химии - это так называемый калориметр для кофейных чашек. Этот калориметр состоит из стакана, или вместо этого, контейнера из аниме материала, который имеет определенные изолирующие свойства. Внутри этого контейнера находится водный раствор с телом, которое будет производить или поглощать тепло.
В верхней части контейнера размещена крышка из изоляционного материала с двумя отверстиями. В одном термометр вводится для измерения изменений температуры, а в другом - мешалка, предпочтительно из стеклянного материала, которая выполняет функцию перемещения содержимого водного раствора..
Изображение показывает части калориметрического насоса; Тем не менее, можно заметить, что он имеет термометр и мешалку, общие элементы в нескольких калориметрах.
Типы и их характеристики
Кофейная чашка
Это тот, который используется для определения тепла, выделяемого экзотермической реакцией, и тепла, поглощаемого в эндотермической реакции..
Кроме того, его можно использовать при определении удельной теплоты тела; то есть количество тепла, которое должен поглотить грамм вещества, чтобы повысить его температуру на один градус Цельсия. .
Калориметрический насос
Это устройство, в котором измеряется количество тепла, которое выделяется или поглощается в реакции, которая происходит при постоянном объеме..
Реакция протекает в прочном стальном сосуде (насосе), который погружается в большой объем воды. Это делает изменения температуры воды небольшими. Следовательно, предполагается, что изменения, связанные с реакцией, измеряются при постоянной температуре и объеме..
Вышесказанное указывает на то, что при проведении реакции в калориметрическом насосе работа не выполняется..
Реакция начинается с подачи электричества через кабели, подключенные к насосу.
Адиабатический калориметр
Он характеризуется наличием изолирующей структуры, называемой экраном. Экран расположен вокруг ячейки, где происходят изменения температуры и тепла. Он также подключен к электронной системе, которая поддерживает свою температуру очень близко к температуре элемента, чтобы избежать передачи тепла.
В адиабатическом калориметре разница температур между калориметром и его окружением сводится к минимуму; а также минимизировать коэффициент теплопередачи и время теплообмена.
Его части состоят из следующего:
-Ячейка (или контейнер), интегрированная в систему изоляции, с помощью которой пытаются избежать потери тепла.
-Термометр, для измерения изменений температуры.
-Нагреватель, подключенный к контролируемому источнику электрического напряжения.
-И щит, уже упоминавшийся.
В калориметре этого типа могут быть определены такие свойства, как энтропия, температура Дебая и плотность электронного состояния..
Изопериболический калориметр
Это устройство, в котором реакционная ячейка и насос погружены в конструкцию, называемую рубашкой. В этом случае так называемая рубашка состоит из воды, поддерживаемой при постоянной температуре.
Температура ячейки и насоса повышается при выделении тепла во время процесса сгорания; но температура водяной рубашки поддерживается на фиксированной температуре.
Микропроцессор контролирует температуру ячейки и кожуха, внося необходимые поправки в тепло утечки, возникающее в результате различий между двумя температурами..
Эти поправки применяются непрерывно и с окончательной поправкой, основанной на измерениях до и после испытания..
Проточный калориметр
Разработанный Caliendar, он имеет устройство для перемещения газа в контейнере с постоянной скоростью. При добавлении тепла измеряется увеличение температуры в жидкости..
Проточный калориметр характеризуется:
- Точное измерение постоянного расхода.
- Точное измерение количества тепла, вводимого в жидкость через нагреватель.
- Точное измерение повышения температуры в газе, вызванное подводом энергии
- Конструкция для измерения емкости газа под давлением.
Калориметр для дифференциальной сканирующей калориметрии
Он характеризуется наличием двух контейнеров: в одном помещается исследуемый образец, в то время как другой остается пустым или используется контрольный материал.
Два сосуда нагреваются с постоянной скоростью энергии с помощью двух независимых нагревателей. Когда начинается нагрев двух емкостей, компьютер будет отображать разницу тепловых потоков нагревателей в зависимости от температуры, что позволяет определить поток тепла..
Кроме того, можно определить изменение температуры как функции времени; и, наконец, калорийность.
приложений
По физикохимии
-Основные калориметры, типа кофейной чашки, позволяют измерять количество тепла, которое организм выделяет или поглощает. Они могут определить, является ли реакция экзотермической или эндотермической. Кроме того, удельная теплоемкость тела может быть определена.
-С помощью адиабатического калориметра удалось определить энтропию химического процесса и электронную плотность состояния.
В биологических системах
-Микрокалориметры используются для изучения биологических систем, которые включают взаимодействия между молекулами, а также происходящие конформационные изменения молекул; например, при развертывании молекулы. Линия включает в себя как дифференциальное сканирование, так и изотермическое титрование.
-Микрокалориметр используется при разработке лекарственных препаратов малых молекул, биотерапевтических средств и вакцин..
Кислородный насос калориметр и калорийность
Сжигание многочисленных веществ происходит в калориметре кислородного насоса, и его калорийность может быть определена. В число веществ, изученных с помощью этого калориметра, входят: уголь и кокс; пищевые масла, как тяжелые, так и легкие; бензин и все моторные топлива.
А также виды топлива для авиационных реакторов; топливные отходы и размещение отходов; пищевые продукты и добавки для питания человека; кормовые культуры и добавки для кормления животных; строительные материалы; ракетное и ракетное топливо.
Аналогично, калорийность была определена с помощью калориметрии в термодинамических исследованиях горючих материалов; в изучении энергетического баланса в экологии; во взрывчатых веществах и термопорошках и в обучении основным термодинамическим методам.
ссылки
- Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning.
- González J., Cortés L. & Sánchez A. (s.f.). Адиабатическая калориметрия и ее применения. Восстановлено от: cenam.mx
- Wikipedia. (2018). Калориметр. Получено с: en.wikipedia.org
- Хельменстин, Анна Мари, доктор философии (22 июня 2018 г.) Определение калориметра в химии. Получено с: мысли
- Гиллеспи, Клэр. (11 апреля 2018 г.) Как работает калориметр? Sciencing. Получено от: sciencing.com