Introduktion til kemi

Vilkår

• kaffekopkalorimeteret eksempel på konstant trykkalorimeter.
• adiabatiskikke tillader nogen overførsel af varmeenergi; perfekt isolerende.
• konstant-tryk kalorimetermåler ændringen i entalpi af en reaktion, der forekommer i opløsning, under hvilken trykket forbliver konstant.

kalorimetri med konstant tryk

et kalorimeter med konstant tryk måler ændringen i entalpi af en reaktion, der forekommer i en flydende opløsning. I så fald forbliver det gasformige tryk over opløsningen konstant, og vi siger, at reaktionen forekommer under betingelser med konstant tryk. Den varme, der overføres til / fra opløsningen, for at reaktionen kan forekomme, er lig med ændringen i entalpi (\Delta H = k_p), og et kalorimeter med konstant tryk måler således denne reaktionsvarme. I modsætning hertil er en bombe kalorimeter volumen konstant, så der er ikke noget trykvolumen arbejde, og den målte varme vedrører ændringen i intern energi (\Delta U=k_v).

et simpelt eksempel på et kalorimeter med konstant tryk er et kaffekopkalorimeter, der er konstrueret af to indlejrede Isoporkopper og et låg med to huller, der muliggør indsættelse af et termometer og en omrørestang. Den indre kop indeholder en kendt mængde af en væske, normalt vand, der absorberer varmen fra reaktionen. Den ydre kop antages at være perfekt adiabatisk, hvilket betyder, at den ikke absorberer nogen varme overhovedet. Som sådan antages den ydre kop at være en perfekt isolator.

beregning af specifik varme

Data indsamlet under et kalorimetrieksperiment med konstant tryk kan bruges til at beregne varmekapaciteten for et ukendt stof. Vi kender allerede vores ligning vedrørende varme (k), specifik varmekapacitet (C) og ændringen i observeret temperatur (\Delta T) :

k=mC\Delta T

vi vil nu illustrere, hvordan man bruger denne ligning til at beregne et stofs specifikke varmekapacitet.

eksempel 1

en studerende opvarmer en prøve på 5,0 g af et ukendt metal til en temperatur på 207 ^\circC og dråber derefter prøven i en kaffekopkalorimeter indeholdende 36,0 g vand ved 25,0 ^\circC. Efter at termisk ligevægt er etableret, er vandets endelige temperatur i kalorimeteret 26.0 ^ \ circC. Hvad er den specifikke varme af det ukendte metal? (Den specifikke varme af vand er 4,18 \frac {J} {g^\circ C})

væggene i kaffekopkalorimeteret antages at være perfekt adiabatisk, så vi kan antage, at al varmen fra metallet blev overført til vandet:

-k_{metal}=k_{vand}

ved at erstatte i vores ovenstående ligning får vi:

-m_{metal}C_{metal} \delta t_{Metal}=m_{vand}C_{vand}\Delta T_{vand}

så kan vi tilslutte vores kendte værdier:

-(5.0\;g) C_{metal}(26,0^ \ circ C-207^ \ circ C)=(36,0\;g) (4,18\; \frac {J}{G^\circ C})(26,0^\circ C-25,0^\circ C)

løsning for C_{metal}, vi opnår

C_{metal}=0,166\; \frac {J} {g^\circ C}

den specifikke varmekapacitet for det ukendte metal er 0,166 \frac {J} {G ^\circ C} .

eksempel 2

for at bestemme standardenthalpien for reaktionen H+(AKV) + OH–(AKV) liter H2O(l) kan lige store volumener på 0,1 m opløsninger af HCI og NaOH kombineres oprindeligt ved 25 liter C.

denne proces er eksoterm, og som et resultat frigives en vis mængde varmekvp i opløsningen. Antallet af joules af varme, der frigives i hvert gram af opløsningen, beregnes ud fra produktet af temperaturstigningen og vandets specifikke varmekapacitet (forudsat at opløsningen er fortyndet nok, så dens specifikke varmekapacitet er den samme som for rent vand). Den samlede mængde overført varme kan derefter beregnes ved at multiplicere resultatet med opløsningens masse.

\Delta H=k_p = m_{sol ‘n}C_{vand} \Delta t_{sol’ n}

Bemærk, at LH = KP, fordi processen udføres ved konstant tryk.