Bevezetés a kémiába
tanulási cél
- írja le, hogyan működik a bomba kaloriméter
főbb pontok
- bomba kalorimétert használnak a reakció belső energiájának, \Delta U változásának mérésére. Állandó térfogatnál ez megegyezik a qV-vel, a reakció hőjével.
- a kaloriméternek saját hőkapacitása van, amelyet a számítások során figyelembe kell venni.
kifejezések
- bomba kalorimétera bomba kaloriméter egy állandó térfogatú kaloriméter, amelyet egy adott reakció égési hőjének mérésére használnak.
- kaloriaz 1 gramm víz hőmérsékletének emeléséhez szükséges energiamennyiség C. Ez egy nem SI energiaegység, amely körülbelül 4,18 Joule-nak felel meg. Kalória (C nagybetűvel) = 1000 kalória.
a bomba kaloriméter
a bomba kalorimetria a reakció által elnyelt vagy felszabaduló hő mérésére szolgál, és gyakorlatilag az élelmiszerek kalóriatartalmának mérésére szolgál. A bomba kaloriméter egyfajta állandó térfogatú kaloriméter, amelyet egy adott reakció égési hőjének mérésére használnak. Például, ha érdekelne egy sushi tekercs hőtartalmának meghatározása, például, arra törekednénk, hogy megtudjuk, hány kalóriát tartalmaz. Ennek érdekében a sushi tekercset egy “bombának” nevezett edénybe helyezzük, lezárjuk, majd a kaloriméter belsejében lévő vízbe merítjük. Ezután az összes levegőt kiürítjük a bombából, mielőtt tiszta oxigéngázt (O2) pumpálnánk. Az oxigén hozzáadása után egy biztosíték meggyújtja a mintát, ami égést okoz, ezáltal szén-dioxidot, gáznemű vizet és hőt eredményez. Mint ilyen, a bomba kalorimétereket úgy építik fel, hogy ellenálljanak az égési reakciók során a gáznemű termékekből származó nagy nyomásoknak.
a minta Teljes elégetése után a reakció során felszabaduló hő átkerül a vízbe és a kaloriméterbe. A víz hőmérsékletváltozását hőmérővel mérjük. A reakció során leadott teljes hő megegyezik a víz és a kaloriméter által nyert hővel:
q_{rxn}=-q_{cal}
ne feledje, hogy a kaloriméter által nyert hő a víz által nyert hő összege, valamint maga a kaloriméter. Ez a következőképpen fejezhető ki:
q_{cal}=m_{water}C_{water}\Delta T+C_{cal}\Delta T
ahol a Cwater a víz fajlagos hőkapacitását jelöli (1 \frac{cal}{g ^{\circ}C}), A Ccal pedig a kaloriméter hőkapacitását (jellemzően \frac{cal}{^{\circ}C}). Ezért a bomba kalorimetriai kísérletek futtatásakor a kalorimétert kalibrálni kell a Ccal meghatározásához.
mivel a térfogat állandó a bomba kaloriméternél, nincs nyomás-térfogat munka. Ennek eredményeként:
XHAMU=qV
ahol a belső energia változása, qV pedig az állandó térfogatú körülmények között mért reakció által elnyelt vagy felszabaduló hő. (Ezt a kifejezést korábban a “belső energia és entalpia” szakaszban származtatták.) Így a reakció által leadott teljes hő a belső energia változásával függ össze (Ft), nem pedig az entalpia változásával (Ft), amelyet állandó nyomáson mérünk.
az ilyen kísérletek által előállított érték nem tükrözi teljesen, hogy testünk hogyan égeti el az ételt. Például nem tudjuk megemészteni a rostot, ezért a kapott értékeket korrigálni kell, hogy figyelembe vegyék az ilyen különbségeket a kísérleti (teljes) és a tényleges (amit az emberi test képes felszívni) értékek között.
