קלורימטר: היסטוריה, חלקים, סוגים ומאפייניהם - כִּימִיָה - 2025

קלורימטר הוא מכשיר המשמש למדידת השינוי בטמפרטורה של כמות של חומר (בדרך כלל מים) של חום ספציפי ידוע. שינוי טמפרטורה זה נובע מהחום שנספג או משתחרר בתהליך הנחקר; כימית אם זו תגובה, או פיזית אם היא מורכבת משינוי שלב או מצב.

במעבדה הקלורימטר הפשוט ביותר שניתן למצוא הוא זה של כוס הקפה. הוא משמש למדידת החום שנספג או משתחרר בתגובה בלחץ קבוע, בתמיסה מימית. התגובות נבחרות כדי להימנע מהתערבות ריאגנטים או מוצרים גזים.

מקור: מאת Ichwarsnur, מתוך Wikimedia Commons בתגובה אקסותרמית ניתן לחשב את כמות החום שמשוחרר מעליית הטמפרטורה של הקלורימטר והפתרון המימי:

כמות החום המוותרת בתגובה = כמות החום שנספגת על ידי הקלורימטר + כמות החום שנספגת על ידי התמיסה

כמות החום שקולט הקלור מכונה קיבולת החום של הקלורימטר. זה נקבע על ידי אספקת כמות ידועה של חום לקלורימטר עם מסה נתונה של מים. לאחר מכן, נמדדת עליית הטמפרטורה של הקלורימטר והפתרון שהוא מכיל.

בעזרת נתונים אלה והשימוש בחום המים הספציפי (4.18 J / g.ºC), ניתן לחשב את הקיבולת הקלורית של הקלורימטר. יכולת זו נקראת גם קבוע הקלורימטר.

מצד שני, החום שנצבר על ידי התמיסה המימית שווה למכונה. בנוסחה m = מסת מים, ce = חום ספציפי של מים Δt = שונות טמפרטורה. בידיעה על כל אלה, ניתן לחשב את כמות החום שמשוחררת כתוצאה מהתגובה האקותרמית.

היסטוריה של הקלורימטר

בשנת 1780, AL Lavoisier, כימאי צרפתי, הנחשב לאחד מאבות הכימיה, השתמש בשפן ניסיונות כדי למדוד את ייצור החום על ידי הנשמתו.

אֵיך? שימוש במכשיר הדומה לקלורימטר. הוכח כי החום שהפיק גינאה נתן השלג המתכה שהקיף את המנגנון.

החוקרים A. L Lavoisier (1743-1794) ו- PS Laplace (1749-1827) תכננו קלורימטר ששימש למדידת החום הספציפי של גוף בשיטת התכה של קרח.

הקלורימטר כלל ספל פח בלילי בלילי, הנתמך על ידי חצובה והופסק באופן פנימי עם משפך. בתוכה הונחה כוס נוספת, בדומה לקודמתה, עם צינור שעבר בתא החיצוני והותקן במפתח. בתוך הכוס השנייה היה מתלה.

הישות או האובייקט שצריך לקבוע את החום הספציפי שלו הונחה על רשת זו. קרח הונח בתוך הכוסות הקונצנטריות, כמו בסל.

החום שמייצר הגוף נקלט על ידי הקרח וגרם לו להתמוסס. ותוצר המים הנוזלים של התכת הקרח נאסף, ופתח את מפתח הזכוכית הפנימי.

ולבסוף, כשהמים כבדים, נודעה המסה של הקרח המותך.

חלקים

הקלורימטר הנפוץ ביותר במעבדות להוראת כימיה הוא מה שמכונה קלוריומטר כוס קפה. קלורימטר זה מורכב מכוס, או במקום זאת, מיכל של חומר אנימה שיש לו תכונות בידוד מסוימות. בתוך מיכל זה מוצב הפיתרון המימי עם הגוף שהולך לייצר או לספוג חום.

בחלקו העליון של המכולה מונח מכסה מחומר בידוד עם שני חורים. באחד מוחדר מדחום למדידת שינויי טמפרטורה, ובשני במערבב, רצוי עשוי מחומר זכוכית, הממלא את תפקיד העברת התוכן של התמיסה המימית.

בתמונה נראים חלקי קלורימטר פצצה; עם זאת ניתן לראות כי יש לו את המדחום ואת המיקסר, אלמנטים נפוצים בכמה קלורימטר.

סוגים ומאפייניהם

כוס הקפה

זה זה שמשמש לקביעת החום שמשתחרר כתוצאה מתגובה אקזו-תרמית, והחום שנספג בתגובה אנדותרמית.

יתר על כן, ניתן להשתמש בו בקביעת החום הספציפי של גוף; כלומר, כמות החום שגרם מהחומר צריך לספוג כדי להעלות את הטמפרטורה שלו בדרגה אחת צלזיוס. .

הפצצה הקלורית

זהו מכשיר בו נמדדת כמות החום המוזרמת או נספגת בתגובה המתרחשת בנפח קבוע.

התגובה מתבצעת במיכל פלדה חזק (המשאבה), השקוע בנפח מים גדול. זה שומר על טמפרטורת המים קטנה. לכן ההנחה היא שהשינויים הקשורים לתגובה נמדדים בנפח ובטמפרטורה קבועים.

זה מצביע על כך שלא נעשית שום עבודה כאשר מתבצעת תגובה בקלורימטר פצצה.

התגובה מתחילה על ידי אספקת חשמל באמצעות כבלים המחוברים למשאבה.

הקלורימטר האדיאבטי

מאופיין בכך שיש לו מבנה מבודד הנקרא מגן. המגן ממוקם סביב התא בו מתרחשים שינויי חום וטמפרטורה. באופן דומה, הוא מחובר למערכת אלקטרונית ששומרת על הטמפרטורה קרוב מאוד לזו של התא, ובכך נמנעת העברת חום.

בקלורימטר אדיאבטי ממוזער הפרש הטמפרטורה בין הקלורימטר לסביבתו; כמו גם צמצום מקדם העברת החום וזמן החלפת החום.

חלקיו מורכבים מהבאים:

-התא (או המכולה), המשולב במערכת בידוד באמצעותו הוא מנסה למנוע אובדן חום.

המדחום, למדידת שינויי טמפרטורה.

תנור חימום, מחובר למקור מתח חשמלי לשליטה.

והמגן, שכבר הוזכר.

בסוג קלוריומטר זה ניתן לקבוע תכונות כמו אנטרופיה, טמפרטורת Debye וצפיפות אלקטרונים של המדינה.

הקלורימטר איזופריבול

זהו מכשיר שבו תא התגובה והמשאבה שקועים במבנה שנקרא ז'קט. במקרה זה, הז'קט המכונה מורכב ממים, שנשומרים בטמפרטורה קבועה.

הטמפרטורה של התא והמשאבה עולים ככל שמשתחרר חום במהלך תהליך הבעירה; אבל הטמפרטורה של מעיל המים נשמרת בטמפרטורה קבועה.

מעבד מעבד שולט על טמפרטורת התא והמקטורן, מבצע את התיקונים הנדרשים לחום הדליפה הנובע מההבדלים בין שתי הטמפרטורות.

תיקונים אלה מיושמים ברציפות, ובתיקון סופי, על בסיס מדידות לפני ואחרי הבדיקה.

קלורימטר הזרימה

הוא פותח על ידי Caliendar, ויש לו מכשיר להעברת גז במיכל במהירות קבועה. על ידי הוספת חום נמדדת עליית הטמפרטורה בנוזל.

קלורימטר הזרימה מאופיין ב:

- מדידה מדויקת של מהירות הזרימה הקבועה.

- מדידה מדויקת של כמות החום המובא לנוזל דרך דוד.

- מדידה מדויקת של עליית הטמפרטורה בגז הנגרמת מכניסת האנרגיה

- תכנון למדידת קיבולת של גז בלחץ.

קלורימטר קלורימטריה לסריקה דיפרנציאלית

היא מאופיינת בכך שיש שני מיכלים: באחד מוצבים את הדגימה הנלמדת ואילו השנייה מוחזקת ריקה או משתמשים בחומר עזר.

שני הכלים מחוממים בקצב אנרגיה קבוע, באמצעות שני תנורים עצמאיים. כאשר שני הכלים יתחילו להתחמם, המחשב יתווה את ההבדל בשטף החום של התנורים מול הטמפרטורה, ובכך יקבע את שטף החום.

יתר על כן, ניתן לקבוע את הווריאציה של הטמפרטורה כפונקציה של זמן; ולבסוף, היכולת הקלורית.

יישומים

בפיזיקו-כימיה

הקלורימטרים הבסיסיים, סוג כוס הקפה, מאפשרים למדוד את כמות החום שגוף נותן או סופג. בהם אתה יכול לקבוע אם התגובה היא אקסותרמית או אנדותרמית. יתר על כן, ניתן לקבוע את החום הספציפי של גוף.

-עם הקלורימטר האדיאבטי ניתן היה לקבוע את האנטרופיה של תהליך כימי ואת הצפיפות האלקטרונית של המדינה.

במערכות ביולוגיות

-מיקרו-קלורימטר משמשים לחקר מערכות ביולוגיות הכוללות אינטראקציות בין מולקולות, כמו גם השינויים הקונפורמציה המולקולרית המתרחשת; למשל בהתגלמות מולקולה. הקו כולל סריקה דיפרנציאלית וטיטרציה איזותרמית.

-מיקרו-קלורימטר משמש לפיתוח תרופות מולקולות קטנות, ביו-טיפוליות וחיסונים.

קלורימטר משאבת חמצן וכוח קלורי

בקלורימטר פצצת החמצן מתרחשת בעירה של חומרים רבים וניתן לקבוע את ערכו הקלורי. בין החומרים שנלמדו באמצעות קלורימטר זה הם: פחם וקולה; שמנים אכילים, כבדים וקלים כאחד; בנזין וכל הדלקים המנועיים.

וכן סוגי הדלקים למטוסי מטוסים; פסולת דלק ופינוי פסולת; מוצרי מזון ותוספי מזון לתזונה אנושית; גידולי מספוא ותוספי מזון לבעלי חיים; חומרי בנייה; דלקים וטילי רקטות.

כמו כן, הכוח הקלורי נקבע על ידי קלורימטריה במחקרים תרמודינמיים של חומרים דליקים; בחקר איזון אנרגיה באקולוגיה; בחומרי נפץ ואבקות תרמיות ובהוראת שיטות תרמודינמיות בסיסיות.

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. גונזלס J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). קלורימטריה Adiabatic ויישומיה. התאושש מ: cenam.mx
3. ויקיפדיה. (2018). קלורימטר. התאושש מ: en.wikipedia.org
4. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (22 ביוני 2018). הגדרת קלורימטר בכימיה. התאושש מ: thoughtco.com
5. גילספי, קלייר. (11 באפריל 2018). איך עובד קלורימטר? מדע. התאושש מ: sciencing.com