Johdatus kemiaan

termit

• kahvikuppikalorimetrinen esimerkki vakiopainekalorimetristä.
• adiabatic ei salli lämpöenergian siirtämistä; täydellisesti eristävä.
• vakiopainekalorimeterminoi liuoksessa tapahtuvan reaktion entalpian muutoksen, jonka aikana paine pysyy vakiona.

Vakiopainekalorimetria

vakiopainekalorimetri mittaa nesteliuoksessa tapahtuvan reaktion entalpian muutosta. Tällöin liuoksen yläpuolella oleva kaasumainen paine pysyy vakiona, ja sanomme, että reaktio tapahtuu vakiopaineessa. Liuokseen / liuoksesta reaktion aikaansaamiseksi siirretty lämpö on yhtä suuri kuin entalpian muutos (\Delta H = q_P), ja vakiopainekalorimetri mittaa näin tätä reaktion lämpöä. Sen sijaan pommikalorimetrin tilavuus on vakio, joten painetilavuustyötä ei ole ja mitattu lämpö liittyy sisäenergian muutokseen (\Delta U=q_V).

yksinkertainen esimerkki vakiopainekalorimetristä on kahvikuppikalorimetri, joka on rakennettu kahdesta sisäkkäisestä Styroksikuppikupista ja kahdella reiällä varustetusta kannesta, johon voidaan lisätä lämpömittari ja sekoitussauva. Sisempään kuppiin mahtuu tunnettu määrä nestettä, yleensä vettä, joka absorboi reaktiosta syntyvän lämmön. Ulomman kupin oletetaan olevan täysin adiabaattinen, eli se ei absorboi lainkaan lämpöä. Sellaisenaan ulomman kupin oletetaan olevan täydellinen eriste.

Ominaislämmön laskeminen

vakiopainekalorimetriakokeessa kerättyjä tietoja voidaan käyttää tuntemattoman aineen lämpökapasiteetin laskemiseen. Tiedämme jo yhtälömme, joka liittyy lämpöön (q), ominaislämpökapasiteettiin (C) ja havaitun lämpötilan muutokseen (\Delta T):

q=mC\Delta T

kuvaamme nyt, miten tätä yhtälöä käytetään aineen ominaislämpökapasiteetin laskemiseen.

Esimerkki 1

opiskelija kuumentaa 5,0 g: n näytteen tuntemattomasta metallista lämpötilaan 207 ^\circC ja pudottaa näytteen sitten kahvikuppikalorimetriin, jossa on 36,0 g vettä lämpötilassa 25,0 ^\circC. Kun lämpötasapaino on saavutettu, veden lopullinen lämpötila kalorimetrissä on 26.0^ \ circC. Mikä on tuntemattoman metallin ominaislämpö? (Veden ominaislämpö on 4,18 \frac {j} {g^\circ C})

kahvikuppikalorimetrin seinämien oletetaan olevan täysin adiabaattisia, joten voimme olettaa, että kaikki metallin lämpö siirtyi veteen:

-q_{metal}=q_{water}

korvaamalla edellä mainitussa yhtälössä saadaan:

-M_{metal}C_{metal} \Delta t_{Metal}=M_{Water}C_{Water}\Delta T_{water}

sitten voimme liittää tunnetut arvomme:

-(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)

ratkaisemalla C_{metal}, saadaan

c_{metal}=0.166\; \frac {j} {g^\circ C}

tuntemattoman metallin ominaislämpökapasiteetti on 0.166 \frac {j} {g ^\circ C} .

Esimerkki 2

reaktion h+(aq) + OH–(aq) → H2o(l) standardin entalpian määrittämiseksi voidaan aluksi 25°C: ssa yhdistää yhtä suuria määriä 0, 1 M HCl: n ja NaOH: n liuoksia.

tämä prosessi on eksoterminen, minkä seurauksena liuokseen vapautuu tietty määrä lämpöä qP. Kunkin liuoksen gramman lämpösumman määrä lasketaan lämpötilan nousun ja veden ominaislämpökapasiteetin tuloksesta (olettaen, että liuos on riittävän laimea, jotta sen ominaislämpökapasiteetti on sama kuin puhtaan veden ominaislämpökapasiteetti). Siirretyn lämmön kokonaismäärä voidaan sitten laskea kertomalla tulos liuoksen massalla.

\Delta H = q_P = M_{sol ‘n}C_{vesi} \Delta T_{sol’ n}

huomaa, että ΔH = qP, koska prosessi tapahtuu vakiopaineessa.