Εξηγήστε πώς χρησιμοποιείται ένα θερμιδόμετρο για τον προσδιορισμό της ποσότητας θερμότητας που μεταφέρεται σε χημική αντίδραση;

θερμιδομετρία:Μέτρηση της θερμότητας των αντιδράσεων

Ένα θερμιδόμετρο είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ποσότητας θερμότητας που απορροφάται ή απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια χημικής αντίδρασης ή φυσικής διαδικασίας. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται θερμιδετρία . Δείτε πώς λειτουργεί:

1. Η εγκατάσταση: Ένα θερμιδόμετρο είναι ουσιαστικά ένα μονωμένο δοχείο που έχει σχεδιαστεί για να αποτρέψει την ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον. Συνήθως αποτελείται από:

* ένα δοχείο αντίδρασης: Αυτό είναι όπου λαμβάνει χώρα η αντίδραση.

* Ένα γύρω λουτρό νερού: Το δοχείο αντίδρασης βυθίζεται σε μια γνωστή μάζα νερού, η οποία λειτουργεί ως ψύκτης.

* Θερμόμετρο: Αυτό μετρά την μεταβολή της θερμοκρασίας του λουτρού νερού.

* αναδευτής: Αυτό εξασφαλίζει ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας μέσα στο λουτρό νερού.

2. Η διαδικασία:

* ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ: Η χημική αντίδραση ξεκινά μέσα στο δοχείο αντίδρασης.

* Μεταφορά θερμότητας: Η θερμότητα που απελευθερώνεται ή απορροφάται από την αντίδραση μεταφέρεται στο γύρω λουτρό.

* Αλλαγή θερμοκρασίας: Η θερμοκρασία του λουτρού νερού μεταβάλλεται λόγω της μεταφοράς θερμότητας.

* Μέτρηση: Η αλλαγή θερμοκρασίας καταγράφεται από το θερμόμετρο.

3. Υπολογισμός της μεταφοράς θερμότητας:

* Ειδική θερμική χωρητικότητα (c): Αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας 1 γραμμάρια ουσίας κατά 1 βαθμού Κελσίου. Για το νερό, είναι περίπου 4.184 J/G ° C.

* μάζα (m): Αυτή είναι η μάζα του λουτρού.

* Αλλαγή θερμοκρασίας (Δt): Αυτή είναι η διαφορά μεταξύ των αρχικών και των τελικών θερμοκρασιών του λουτρού νερού.

Ο τύπος για τον υπολογισμό της μεταφοράς θερμότητας (Q) είναι:

q =m * c * Δt

για παράδειγμα:

Εάν 50 γραμμάρια νερού σε μια θερμιδομέτρου έχουν μια αύξηση θερμοκρασίας 2 βαθμών Κελσίου, η θερμότητα που απορροφάται από το νερό είναι:

Q =50 g * 4.184 J/G ° C * 2 ° C =418.4 Joules

4. Αλλαγή ενθαλπίας (ΔH):

* Η μεταφορά θερμότητας (Q) σχετίζεται άμεσα με την αλλαγή ενθαλπίας (ΔH) της αντίδρασης.

* Για τις αντιδράσεις που απελευθερώνουν θερμότητα (εξωθερμικές αντιδράσεις), το δH είναι αρνητικό.

* Για τις αντιδράσεις που απορροφούν τη θερμότητα (ενδοθερμικές αντιδράσεις), το ΔH είναι θετική.

Τύποι θερμίδων:

* Θερμομέτρια βόμβας: Που χρησιμοποιούνται για αντιδράσεις που περιλαμβάνουν καύση.

* θερμιδόμετρο καφέ Cuper: Απλά και φθηνά για πειράματα γενικής χημείας.

* Διαφορική σάρωση θερμίδων: Μετρά τη ροή θερμότητας κατά τη διάρκεια φυσικών και χημικών αλλαγών.

Περιορισμοί:

* Τα θερμίδες δεν είναι τέλειοι μονωτήρες, οπότε κάποια απώλεια θερμότητας στο περιβάλλον είναι αναπόφευκτη.

* Ορισμένες αντιδράσεις είναι δύσκολες ή επικίνδυνες για να εκτελούνται σε θερμίδες.

Συνολικά, η θερμιδομετρία παρέχει ένα πολύτιμο εργαλείο για τη μελέτη της θερμοδυναμικής των χημικών αντιδράσεων και των φυσικών διεργασιών, επιτρέποντας στους επιστήμονες να ποσοτικοποιήσουν τις ενεργειακές αλλαγές.