KALORIMETRE: TARIHÇE, PARÇALAR, TÜRLER VE ÖZELLIKLERI - KIMYA - 2025

Kalorimetre , bilinen özgül ısı maddenin bir miktarı (genellikle su) ısı değişikliği ölçmek için kullanılan bir cihazdır. Sıcaklıktaki bu değişiklik, incelenen işlemde emilen veya açığa çıkan ısıdan kaynaklanmaktadır; bir reaksiyonsa kimyasal veya bir faz veya durum değişikliğinden oluşuyorsa fiziksel.

Laboratuvarda bulunabilecek en basit kalorimetre kahve bardağıdır. Sulu çözelti içinde sabit basınçta bir reaksiyonda emilen veya salınan ısıyı ölçmek için kullanılır. Reaksiyonlar, reaktiflerin veya gazlı ürünlerin müdahalesini önlemek için seçilir.

Kaynak: Ichwarsnur, Wikimedia Commons'tan Ekzotermik bir reaksiyonda, açığa çıkan ısı miktarı, kalorimetrenin ve sulu çözeltinin sıcaklığındaki artıştan hesaplanabilir:

Reaksiyonda açığa çıkan ısı miktarı = kalorimetre tarafından emilen ısı miktarı + çözelti tarafından emilen ısı miktarı

Kalorimetrenin emdiği ısı miktarına kalorimetrenin ısı kapasitesi denir. Bu, belirli bir su kütlesiyle kalorimetreye bilinen miktarda ısı sağlanarak belirlenir. Daha sonra kalorimetrenin ve içerdiği solüsyonun sıcaklık artışı ölçülür.

Bu veriler ve suyun özgül ısısının (4.18 J / g.ºC) kullanılmasıyla kalorimetrenin kalori kapasitesi hesaplanabilir. Bu kapasiteye kalorimetre sabiti de denir.

Diğer taraftan sulu çözeltinin kazandığı ısı m · ce · Δt'ye eşittir. Formülde m = su kütlesi, ce = suyun özgül ısısı ve Δt = sıcaklık değişimi. Tüm bunları bilerek, ekzotermik reaksiyon tarafından açığa çıkan ısı miktarı hesaplanabilir.

Kalorimetrenin tarihi

1780 yılında, kimyanın babalarından biri olarak kabul edilen Fransız kimyager AL Lavoisier, solunum yoluyla ısı üretimini ölçmek için bir kobay kullandı.

Nasıl? Kalorimetreye benzer bir cihaz kullanmak. Kobay tarafından üretilen ısı, cihazı çevreleyen eriyen karla kanıtlandı.

Araştırmacılar A.Lavoisier (1743-1794) ve PS Laplace (1749-1827), bir vücudun özgül ısısını buz eritme yöntemiyle ölçmek için kullanılan bir kalorimetre tasarladılar.

Kalorimetre, bir tripodla desteklenen ve bir huni ile dahili olarak sonlandırılan silindirik vernikli bir teneke kaptan oluşuyordu. İçine, bir öncekine benzer şekilde, dış odadan geçen ve bir anahtar takılmış bir tüp ile başka bir cam yerleştirildi. İkinci bardağın içinde bir raf vardı.

Özgül ısısı belirlenecek varlık veya nesne bu ızgaraya yerleştirildi. Buz, sepetteki gibi eş merkezli bardakların içine yerleştirildi.

Vücut tarafından üretilen ısı, buz tarafından emilerek erimesine neden oldu. Ve buzun erimesi sonucu oluşan sıvı su ürünü toplanarak iç cam anahtarı açıldı.

Ve son olarak, su ağır olduğunda, erimiş buzun kütlesi biliniyordu.

parçalar

Kimya eğitim laboratuvarlarında en yaygın olarak kullanılan kalorimetre, kahve fincanı kalorimetresidir. Bu kalorimetre, bir beher veya bunun yerine, belirli yalıtım özelliklerine sahip bir anime malzeme kabından oluşur. Bu kabın içine sulu çözelti, ısı üretecek veya emecek gövdeyle birlikte yerleştirilir.

Kabın üst kısmına iki delikli yalıtım malzemesinden yapılmış bir kapak yerleştirilir. Birine sıcaklık değişikliklerini ölçmek için bir termometre ve diğerinde sulu çözeltinin içeriğini hareket ettirme işlevini yerine getiren tercihen cam malzemeden yapılmış bir karıştırıcı yerleştirilir.

Resim bir bomba kalorimetresinin parçalarını göstermektedir; ancak, termometre ve karıştırıcıya, birkaç kalorimetrede ortak elementlere sahip olduğu görülebilir.

Türler ve özellikleri

Bir fincan kahve

Ekzotermik bir reaksiyonla açığa çıkan ısının ve endotermik bir reaksiyonda emilen ısının belirlenmesinde kullanılır.

Ayrıca, bir vücudun özgül ısısını belirlemede kullanılabilir; yani, bir gram maddenin sıcaklığını bir santigrat derece yükseltmek için emmesi gereken ısı miktarı. .

Kalorimetrik bomba

Sabit hacimde oluşan bir reaksiyonda açığa çıkan veya absorbe edilen ısı miktarının ölçüldüğü cihazdır.

Reaksiyon, büyük hacimde suya daldırılmış güçlü bir çelik kapta (pompa) gerçekleşir. Bu, su sıcaklığı değişikliklerini küçük tutar. Bu nedenle, reaksiyonla ilgili değişikliklerin sabit hacim ve sıcaklıkta ölçüldüğü varsayılır.

Bu, bir bomba kalorimetresinde bir reaksiyon gerçekleştirildiğinde hiçbir iş yapılmadığını gösterir.

Reaksiyon, pompaya bağlı kablolardan elektrik verilerek başlatılır.

Adyabatik kalorimetre

Kalkan adı verilen bir yalıtım yapısına sahip olmasıyla karakterizedir. Kalkan, ısı ve sıcaklık değişikliklerinin meydana geldiği hücrenin çevresinde bulunur. Aynı şekilde, sıcaklığını hücrenin sıcaklığına çok yakın tutan, böylece ısı transferini önleyen bir elektronik sisteme bağlıdır.

Adyabatik bir kalorimetrede, kalorimetre ile çevresi arasındaki sıcaklık farkı en aza indirilir; yanı sıra ısı transfer katsayısını ve ısı alışverişi süresini en aza indirir.

Parçaları aşağıdakilerden oluşur:

- Isı kaybını önlemeye çalıştığı bir yalıtım sistemine entegre edilen hücre (veya kap).

-Sıcaklıktaki değişiklikleri ölçmek için termometre.

-Kontrol edilebilir bir elektrik voltajı kaynağına bağlı bir ısıtıcı.

-Ve kalkan, daha önce bahsedildi.

Bu tip kalorimetrede entropi, Debye sıcaklığı ve hal elektron yoğunluğu gibi özellikler belirlenebilir.

İzoperibol kalorimetre

Reaksiyon hücresi ve pompanın ceket adı verilen bir yapıya daldırıldığı cihazdır. Bu durumda, sözde ceket, sabit bir sıcaklıkta tutulan sudan oluşur.

Yanma işlemi sırasında ısı açığa çıktıkça hücre ve pompanın sıcaklığı yükselir; Ancak su ceketinin sıcaklığı sabit bir sıcaklıkta tutulur.

Bir mikroişlemci, iki sıcaklık arasındaki farklardan kaynaklanan sızıntı ısısı için gerekli düzeltmeleri yaparak hücre ve ceketin sıcaklığını kontrol eder.

Bu düzeltmeler, testten önceki ve sonraki ölçümlere göre sürekli olarak ve son bir düzeltme ile uygulanır.

Akış kalorimetresi

Caliendar tarafından geliştirilen, bir kaptaki bir gazı sabit bir hızda hareket ettirmek için bir cihaza sahiptir. Isı eklenerek sıvıdaki sıcaklık artışı ölçülür.

Akış kalorimetresi şu özelliklere sahiptir:

- Sabit akışın hızının kesin ölçümü.

- Bir ısıtıcı aracılığıyla sıvıya verilen ısı miktarının doğru ölçümü.

- Enerji girişinin neden olduğu gazdaki sıcaklık artışının doğru ölçümü

- Basınç altındaki bir gazın kapasitesini ölçmek için bir tasarım.

Diferansiyel taramalı kalorimetri için kalorimetre

İki kaba sahip olmasıyla karakterize edilir: birinde çalışılacak numune yerleştirilirken diğerinde boş tutulur veya bir referans malzeme kullanılır.

İki kazan, iki bağımsız ısıtıcı vasıtasıyla sabit bir enerji oranında ısıtılır. İki kap ısınmaya başladığında, bilgisayar ısıtıcıların ısı akışındaki farkı sıcaklığa göre çizecek ve böylece ısı akışını belirleyecektir.

Ayrıca, zamanın bir fonksiyonu olarak sıcaklık değişimi belirlenebilir; ve son olarak, kalori kapasitesi.

Uygulamalar

Fizikokimyada

-Kahve fincanı türü olan temel kalorimetreler, bir vücudun yaydığı veya emdiği ısı miktarını ölçmeyi sağlar. İçlerinde bir reaksiyonun ekzotermik mi yoksa endotermik mi olduğunu belirleyebilirsiniz. Ayrıca, bir vücudun özgül ısısı belirlenebilir.

- Adyabatik kalorimetre ile kimyasal bir sürecin entropisini ve devletin elektronik yoğunluğunu belirlemek mümkün olmuştur.

Biyolojik sistemlerde

-Mikrokalorimetreler, moleküller arasındaki etkileşimleri ve meydana gelen moleküler konformasyonel değişiklikleri içeren biyolojik sistemleri incelemek için kullanılır; örneğin, bir molekülün açılımında. Hat, hem diferansiyel taramayı hem de izotermal titrasyonu içerir.

-Mikrokalorimetre, küçük moleküllü ilaçların, biyoterapötiklerin ve aşıların geliştirilmesinde kullanılır.

Oksijen pompası kalorimetresi ve kalori gücü

Oksijen bombası kalorimetresinde birçok maddenin yanması meydana gelir ve kalori değeri belirlenebilir. Bu kalorimetrenin kullanımıyla incelenen maddeler arasında şunlar vardır: kömür ve kok; hem ağır hem de hafif yemeklik yağlar; benzin ve tüm motor yakıtları.

Uçak jetleri için yakıt türlerinin yanı sıra; atık yakıt ve atık bertarafı; insan beslenmesine yönelik gıda ürünleri ve takviyeleri; hayvan yemi için yem bitkileri ve takviyeleri; İnşaat malzemeleri; roket yakıtları ve itici gazlar.

Benzer şekilde, kalori gücü, yanıcı malzemelerin termodinamik çalışmalarında kalorimetre ile belirlenmiştir; ekolojide enerji dengesi çalışmasında; patlayıcılarda ve termal tozlarda ve temel termodinamik yöntemlerin öğretilmesinde.

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
2. González J., Cortés L. ve Sánchez A. (nd). Adyabatik kalorimetri ve uygulamaları. Kurtarıldı: cenam.mx
3. Vikipedi. (2018). Kalorimetre. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Haziran 2018). Kimyada Kalorimetre Tanımı. Kurtarıldı: thinkco.com
5. Gillespie, Claire. (11 Nisan 2018). Kalorimetre Nasıl Çalışır? Sciencing. Kurtarıldı: sciencing.com