Bevezetés a kémiába

feltételek

• kávéscsésze kaloriméteraz állandó nyomású kaloriméter példája.
• adiabatikusnem teszi lehetővé a hőenergia átadását; tökéletesen szigetelő.
• állandó nyomású kalorimeméri az oldatban előforduló reakció entalpiájának változását, amelynek során a nyomás állandó marad.

állandó nyomású kalorimetria

állandó nyomású kaloriméter a folyékony oldatban előforduló reakció entalpiájának változását méri. Ebben az esetben az oldat feletti gáznyomás állandó marad, és azt mondjuk, hogy a reakció állandó nyomású körülmények között megy végbe. A reakció bekövetkezése érdekében az oldatba/oldatból átvitt hő megegyezik az entalpia változásával (\Delta H = q_P), így egy állandó nyomású kaloriméter méri ezt a reakcióhőt. Ezzel szemben a bomba kaloriméter térfogata állandó, tehát nincs nyomás-térfogat munka, a mért hő pedig a belső energia változásához kapcsolódik (\Delta U=q_V).

az állandó nyomású kaloriméter egyszerű példája a kávéscsésze kaloriméter, amely két beágyazott hungarocell csészéből és egy két lyukú fedélből áll, amely lehetővé teszi a hőmérő és a keverőrúd behelyezését. A belső csésze ismert mennyiségű folyadékot, általában vizet tartalmaz, amely elnyeli a reakcióból származó hőt. Feltételezzük, hogy a külső csésze tökéletesen adiabatikus, ami azt jelenti, hogy semmilyen hőt nem vesz fel. Mint ilyen, feltételezzük, hogy a külső csésze tökéletes szigetelő.

fajlagos hő kiszámítása

az állandó nyomású kalorimetriás kísérlet során gyűjtött adatok felhasználhatók egy ismeretlen anyag hőkapacitásának kiszámításához. Már ismerjük a hőre (q), A fajlagos hőkapacitásra (C) és a megfigyelt hőmérséklet változására (\Delta T) vonatkozó egyenletünket :

q=mC\Delta T

most bemutatjuk, hogyan lehet ezt az egyenletet használni egy anyag fajlagos hőkapacitásának kiszámításához.

1.példa

egy hallgató egy ismeretlen fém 5,0 g-os mintáját 207 ^\circC hőmérsékletre melegíti, majd a mintát egy 36,0 g vizet tartalmazó kávéscsésze kaloriméterbe dobja 25,0 ^\circC hőmérsékleten. A termikus egyensúly megteremtése után a víz végső hőmérséklete a kaloriméterben 26.0^ \ circC. Mi az ismeretlen fém fajlagos hője? (A víz fajlagos hője 4,18 \frac {J} {g^\circ C})

feltételezzük, hogy a kávéscsésze kaloriméter falai tökéletesen adiabatikusak, tehát feltételezhetjük, hogy a fémből származó összes hő átkerült a vízbe:

-q_{metal}=q_{water}

a fenti egyenletünkben helyettesítve:

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

akkor csatlakoztathatjuk az ismert értékeinket:

-(5.0\;g) C_{fém} (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)

a C_{metal} megoldása esetén

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

az ismeretlen fém fajlagos hőkapacitása 0,166 \frac {j} {g ^\Circ C} .

2. példa

a H+(aq) + OH–(AQ) H2O(l) reakció standard entalpiájának meghatározásához kezdetben egyenlő térfogatú 0,1 M HCl-és NaOH-oldatot kombinálhatunk 25 C.

ez a folyamat exoterm, és ennek eredményeként bizonyos mennyiségű QP hő szabadul fel az oldatban. Az oldat minden grammjába felszabaduló Joule hő mennyiségét a hőmérséklet emelkedésének és a víz fajlagos hőkapacitásának szorzatából számítják ki (feltételezve, hogy az oldat elég híg ahhoz, hogy fajlagos hőkapacitása megegyezzen a tiszta vízével). Az átvitt hő teljes mennyiségét ezután úgy lehet kiszámítani, hogy az eredményt megszorozzuk az oldat tömegével.

\Delta H=q_P = m_{sol ‘n}C_{water} \Delta T_{sol’ n}

vegye figyelembe, hogy a folyamat állandó nyomáson történik.