Un calorimetro è un dispositivo utilizzato per misurare la quantità di calore assorbito o rilasciato durante una reazione chimica o un processo fisico. Questo processo è chiamato calorimetria . Ecco come funziona:
1. L'impostazione: Un calorimetro è essenzialmente un contenitore isolato progettato per prevenire lo scambio di calore con l'ambiente circostante. In genere è costituito da:
* una nave di reazione: È qui che avviene la reazione.
* Un bagno d'acqua circostante: Il recipiente di reazione è immerso in una massa di acqua nota, che funge da dissipatore di calore.
* Un termometro: Ciò misura il cambiamento di temperatura del bagno d'acqua.
* Un agitatore: Ciò garantisce una distribuzione uniforme della temperatura all'interno del bagno d'acqua.
2. Il processo:
* Iniziazione di reazione: La reazione chimica è iniziata all'interno del recipiente di reazione.
* Trasferimento di calore: Il calore rilasciato o assorbito dalla reazione viene trasferito al bagno d'acqua circostante.
* Cambiamento della temperatura: La temperatura del bagno d'acqua cambia a causa del trasferimento di calore.
* Misurazione: Il cambiamento di temperatura è registrato dal termometro.
3. Calcolo del trasferimento di calore:
* Capacità termica specifica (c): Questa è la quantità di calore richiesto per aumentare la temperatura di 1 grammo di sostanza di 1 grado Celsius. Per l'acqua, è circa 4,184 J/G ° C.
* Mass (M): Questa è la massa del bagno d'acqua.
* variazione di temperatura (Δt): Questa è la differenza tra le temperature iniziali e finali del bagno d'acqua.
La formula per calcolare il calore trasferito (Q) è:
q =m * c * Δt
Ad esempio:
Se 50 grammi di acqua in un calorimetro sperimentano un aumento della temperatura di 2 gradi Celsius, il calore assorbito dall'acqua è:
Q =50 G * 4.184 J/G ° C * 2 ° C =418,4 joule
4. Cambiamento di entalpia (ΔH):
* Il calore trasferito (Q) è direttamente correlato al cambiamento di entalpia (ΔH) della reazione.
* Per le reazioni che rilasciano calore (reazioni esotermiche), ΔH è negativo.
* Per le reazioni che assorbono il calore (reazioni endotermiche), ΔH è positivo.
Tipi di calorimetri:
* Calorimetro bomba: Usato per reazioni che coinvolgono la combustione.
* Calorimetro della caffetteria: Semplice ed economico per gli esperimenti di chimica generale.
* Calorimetro di scansione differenziale: Misura il flusso di calore durante i cambiamenti fisici e chimici.
Limitazioni:
* I calorimetri non sono isolanti perfetti, quindi una certa perdita di calore per l'ambiente circostante è inevitabile.
* Alcune reazioni sono difficili o pericolose da eseguire in un calorimetro.
Nel complesso, la calorimetria fornisce uno strumento prezioso per studiare la termodinamica delle reazioni chimiche e dei processi fisici, consentendo agli scienziati di quantificare i cambiamenti di energia coinvolti.
