Калориметрия

Физика > Калориметрия

Калориметрия – вычисление теплоты в химической реакции или при физических переменах.

Задача обучения

• Рассмотреть соотношение газовой постоянной для выхода идеального газа и объема.

Основные пункты

• Калориметр применяют для вычисления тепла, создаваемого в химических реакциях или физических переменах.
• Для начала необходимо выявить удельную теплоты рассматриваемых веществ.
• Калориметрию можно проводить при постоянных объеме или давлении.

Термины

• Калориметр – прибор для вычисления тепла, создаваемого или поглощаемого химической реакцией, трансформацией между состояниями или прочими физическими переменами.
• Калориметр с постоянным объемом – используется, если изменения не связаны с переменами в объеме.
• Калориметр стабильного давления – применяют, если изменения не связаны с переменами в давлении.

Калориметрия – наука о переменах теплоты при химических реакциях или физических изменениях. Для этого используют калориметр. Обычный прибор может представлять собою термометр, прикрепленный к металлической емкости с водой, закрепленной над камерой сгорания.

Сам термин происходит от латинского calor – тепло. Впервые отличие между теплом и температурой признал Джозеф Блэк. Его считают основателем калориметрии. Калориметрия нуждается в том, чтобы нагреваемый материал обладал термическими свойствами – удельная теплоемкость.

Клазилиус и Кельвин вывели классическое правило: оказываемое калориметрическим материалом давление вычисляется его температурным показателем и объемом. Это относится к переменам, не основывающимся на смене состояния (таяние льда).

Это первый в мире калориметр, который Антуан Лавуазье и Пьер Лаплас использовали в зимние месяцы в 1782-1783 гг. Они старались вычислить тепло, образовывающееся при различных химических изменениях. Расчеты основывались на обнаружении скрытой теплоты (Джозеф Блэк). Эксперименты легли в основу термохимии

Базовая калориметрия при стабильном объеме

Речь идет о калориметрии при неизменном объеме:

δQ = C_VΔT = mc_VΔT (δQ – прирост тепла, C_V – теплоемкость при неизменном объеме, c_v – удельная теплоемкость при неизменном объеме, ΔT – изменение температуры).

Изменение энтальпии

Чтобы определить изменение энтальпии в реакции между двумя веществами (А и В), их вносят в калориметр, а начальная и финальная температуры записываются:

δQ = ΔT(m_Ac_A + m_Bc_B).

Деление изменения энергии на количество присутствующих граммов А дает нам перемену энтальпии. Этот метод применяют в академическом обучении, так как он хорошо отображает теорию калориметрии. Он не берет в расчет потери тепла на емкость или теплоемкость самого термометра.

Калориметрия со стабильным давлением

Вычисляет перемены энтальпии в растворе, где атмосферное давление остается неизменным. Например, модель, созданная на основе кофейного стаканчика. Это два стаканчика и крышка с двумя отверстиями. Внутренняя чаша вмещает растворенное вещество (вода), поглощающая тепло от реакции. Наружная обеспечивает изоляцию:

(C_p – удельная теплоемкость при неизменном давлении, ΔH – энтальпия, ΔT – изменение температуры, W – масса растворенного вещества, M – молекулярная масса растворенного вещества).

Это пример калориметрии со стабильным давлением. Ее используют для определения изменений энтальпии, возникающих в растворе. Здесь равно теплоте (Q = ΔH).

---