Introduction to Chemistry
Oppimistavoite
- kuvaa, miten pommikalorimetri toimii
avainkohdat
- pommin kalorimetriä käytetään mittaamaan reaktion sisäenergian muutosta, \Delta U: ta. Vakiotilavuudessa tämä on yhtä suuri kuin QV, reaktion lämpö.
- kalorimetrillä on oma lämpökapasiteettinsa, joka on otettava huomioon laskelmia tehtäessä.
termit
- pommikalorimetri on vakiotilavuuskalorimetrityyppi, jota käytetään tietyn reaktion palamislämmön mittaamiseen.
- kaloripitoinen energiamäärä, joka tarvitaan 1 gramman veden lämpötilan nostamiseen 1 °C: lla.se on ei-SI-energiayksikkö, joka vastaa noin 4,18 joulea. Kalori (Isolla C: llä) = 1000 kaloria.
Pommikalorimetriä
Pommikalorimetriä käytetään reaktion absorboiman tai vapauttaman lämmön mittaamiseen, ja sitä käytetään käytännössä ruoan kaloripitoisuuden mittaamiseen. Pommikalorimetri on vakiotilavuuskalorimetrin tyyppi, jota käytetään tietyn reaktion palamislämmön mittaamiseen. Jos esimerkiksi sushirullan lämpösisällön määrittäminen kiinnostaisi, etsisimme sen sisältämien kaloreiden määrää. Tätä varten panimme sushirullan “pommiksi” kutsuttuun astiaan, suljimme sen ja upotimme sen sitten kalorimetrin sisällä olevaan veteen. Sitten evakuoimme kaikki ilma pois pommista ennen pumppaamista puhtaaseen happikaasuun (O2). Kun happi on lisätty, sytytyslanka sytyttäisi näytteen ja aiheuttaisi sen palamisen, jolloin siitä syntyisi hiilidioksidia, kaasumaista vettä ja lämpöä. Sellaisenaan pommikalorimetrit on rakennettu kestämään näissä palamisreaktioissa kaasumaisista tuotteista syntyvät suuret paineet.
kun näyte on kokonaan palanut, reaktiossa vapautuva lämpö siirtyy veteen ja kalorimetriin. Veden lämpötilan muutos mitataan lämpömittarilla. Reaktiossa syntyvä kokonaislämpö on yhtä suuri kuin veden ja kalorimetrin saama lämpö:
q_{rxn} = – q_{Cal}
muista, että kalorimetrin saama lämpö on veden saaman lämmön summa, samoin kuin itse kalorimetri. Tämä voidaan ilmaista seuraavasti:
q_{Cal}=M_{vesi}c_{vesi}\Delta T + c_{Cal}\Delta t
missä Cwater ilmaisee veden ominaislämpökapasiteettia (1 \frac{Cal}{g ^{\circ}C}), ja Ccal on kalorimetrin lämpökapasiteetti (tyypillisesti \frac{Cal}{^{\circ}C}). Siksi pommikalorimetrisiä kokeita suoritettaessa on tarpeen kalibroida kalorimetri Ccal: n määrittämiseksi.
koska pommikalorimetrin tilavuus on vakio, painetilavuustyötä ei ole. Seurauksena:
ΔU=qV
, jossa ΔU on sisäenergian muutos ja qV tarkoittaa reaktiossa absorboitunutta tai vapautunutta lämpöä mitattuna vakiotilavuudessa. (Tämä lauseke oli aiemmin johdettu” Sisäenergia ja entalpia ” – osiosta.) Siten reaktion antama kokonaislämpö liittyy sisäenergian muutokseen (ΔU), ei entalpian muutokseen (ΔH), joka mitataan vakiopaineessa.
tällaisten kokeiden tuottama arvo ei täysin heijasta sitä, miten kehomme polttaa ruokaa. Emme esimerkiksi pysty sulattamaan kuitua, joten saadut arvot on korjattava, jotta voidaan ottaa huomioon tällaiset erot kokeellisten (yhteensä) ja todellisten (mitä ihmiskeho voi absorboida) arvojen välillä.
