I chimici spesso hanno bisogno di sapere quanta energia termica rilasci o assorbe una particolare reazione. Questa misurazione li aiuta a capire di più sul perché la reazione si verifica e li aiuta a fare previsioni utili. I calorimetri sono strumenti che misurano la quantità di calore rilasciato o assorbito dal contenuto durante una reazione. È facile creare un calorimetro semplice, ma gli strumenti utilizzati nei laboratori sono in genere più precisi.

TL; DR (troppo lungo, non letto)

I calorimetri consentono di misurare la quantità di calore in una reazione. I loro principali limiti sono la perdita di calore nell'ambiente e il riscaldamento non uniforme.

Le funzioni di un calorimetro

In sostanza, un calorimetro misura il cambiamento di temperatura del calorimetro e il suo contenuto. Dopo la calibrazione del calorimetro, il chimico avrà già un numero chiamato costante calorimetrico, che mostra quanto cambia la temperatura del calorimetro per quantità di calore aggiunto. Usando queste informazioni e la massa dei reagenti, il chimico può determinare quanto calore viene rilasciato o assorbito. È importante che il calorimetro minimizzi il tasso di perdita di calore verso l'esterno, poiché una rapida perdita di calore nell'aria circostante distorcerebbe i risultati.

Diversi tipi di calorimetri

È facile fare un semplice calorimetro te stesso. Hai bisogno di due tazze di caffè in polistirolo, un termometro o un coperchio. Questo calorimetro a tazza di caffè è sorprendentemente affidabile e quindi è una caratteristica comune dei laboratori di chimica universitari. I laboratori di chimica fisica dispongono di strumenti più sofisticati come i "calorimetri a bomba". In questi dispositivi, i reagenti si trovano in una camera sigillata chiamata bomba. Dopo che una scintilla elettrica li ha accesi, il cambiamento di temperatura aiuta a determinare il calore perso o guadagnato.

Calibrazione di un calorimetro

Per calibrare un calorimetro, è possibile utilizzare un processo che trasferisce una quantità nota di calore come misurare la temperatura di un po 'di acqua calda e fredda. Ad esempio, puoi mescolare l'acqua calda e fredda nel calorimetro della tazza di caffè. Successivamente, si misura la temperatura nel tempo e si utilizza la regressione lineare per calcolare la "temperatura finale" del calorimetro e il suo contenuto. Sottraendo il calore ottenuto dall'acqua fredda dal calore perso dall'acqua calda si ottiene il calore ottenuto dal calorimetro. Dividere questa cifra per il cambiamento di temperatura del calorimetro dà il suo calorimetro costante, che puoi usare in altri esperimenti.

Limitazioni della calorimetria

Nessun calorimetro è perfetto perché può perdere calore nei suoi dintorni . Sebbene i calorimetri delle bombe nei laboratori abbiano isolamento per ridurre al minimo queste perdite, è impossibile fermare tutte le perdite di calore. Inoltre, i reagenti nel calorimetro potrebbero non essere ben miscelati, il che porta a un riscaldamento non uniforme e un'altra possibile fonte di errore nelle misurazioni.

A parte le possibili fonti di errore, un'altra limitazione riguarda il tipo di reazioni che posso studiare. Ad esempio, potresti voler sapere in che modo la decomposizione del TNT libera calore. Questo tipo di reazione sarebbe impossibile da studiare in un calorimetro della tazza di caffè e potrebbe anche non essere pratico in un calorimetro a bombe. In alternativa, una reazione può avvenire molto lentamente, come l'ossidazione del ferro per formare ruggine. Questo tipo di reazione sarebbe molto difficile da studiare con un calorimetro.