Inleiding in de Chemie

termen

• koffiekopcalorimeter een voorbeeld van een calorimeter met constante druk.
• adiabatisch geen overdracht van warmte-energie mogelijk; Perfect isolerend.
• calorie bij constante druk meet de verandering in de enthalpie van een reactie in oplossing, waarbij de druk constant blijft.

calorimetrie met constante druk

een calorimeter met constante druk meet de verandering in de enthalpie van een reactie in een vloeibare oplossing. In dat geval blijft de gasdruk boven de oplossing constant en zeggen we dat de reactie plaatsvindt onder omstandigheden van constante druk. De warmte die naar/van de oplossing wordt overgebracht om de reactie te laten plaatsvinden is gelijk aan de verandering in enthalpie (\Delta H = q_P), en een calorimeter met constante druk meet dus deze reactiewarmte. Daarentegen is het volume van een bomcalorimeter constant, dus is er geen Druk-volume werk en de gemeten warmte heeft betrekking op de verandering in interne energie (\Delta U=q_V).

een eenvoudig voorbeeld van een calorimeter met constante druk is een calorimeter met koffiekop, die is opgebouwd uit twee geneste piepschuim cups en een deksel met twee gaten, waarmee een thermometer en een roerstaaf kunnen worden ingebracht. De binnenste beker bevat een bekende hoeveelheid vloeistof, meestal water, die de warmte van de reactie absorbeert. De buitenste beker wordt verondersteld perfect adiabatisch te zijn, wat betekent dat het geen enkele warmte absorbeert. Als zodanig wordt aangenomen dat de buitenste Beker een perfecte isolator is.

berekening van soortelijke warmte

gegevens die tijdens een calorimetrie-experiment met constante druk zijn verzameld, kunnen worden gebruikt om de warmtecapaciteit van een onbekende stof te berekenen. We kennen onze vergelijking met betrekking tot warmte (q), specifieke warmtecapaciteit (C), en de verandering in Waargenomen temperatuur (\Delta T):

q=mC\Delta T

we zullen nu illustreren hoe we deze vergelijking kunnen gebruiken om de specifieke warmtecapaciteit van een stof te berekenen.

Voorbeeld 1

een student verwarmt een monster van 5,0 g van een onbekend metaal tot een temperatuur van 207 ° C en laat het monster vervolgens vallen in een koffiekopcalorimeter met 36,0 g water bij 25,0 ° C. Na het thermisch evenwicht is de uiteindelijke temperatuur van het water in de calorimeter 26.0^ \ omcc. Wat is de specifieke warmte van het onbekende metaal? (De specifieke warmte van water is 4.18 \frac {J} {g^\circ C})

De muren van de koffie-cup calorimeter wordt verondersteld dat perfect adiabatische, dus we kunnen ervan uitgaan dat alle van de warmte van het metaal werd overgedragen aan het water:

-q_{metalen}=q_{water}

Vervangen in onze bovenstaande vergelijking, dan krijgen we:

-m_{metalen}C_{metalen} \Delta T_{metalen}=m_{water}C_{water}\Delta T_{water}

Dan kunnen we de plug uit ons bekend waarden:

-(5.0\;g)C_{metalen}(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)

oplossend voor C_{metaal}, verkrijgen we

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

de specifieke warmtecapaciteit van het onbekende metaal is 0,166\frac {J} {g ^ \ circ C} .

Voorbeeld 2

om de standaard enthalpie van de reactie H+(aq) + OH–(aq) → H2o(l) te bepalen, kunnen gelijke volumes van 0,1 m oplossingen van HCl en van NaOH in eerste instantie worden gecombineerd bij 25°C.

dit proces is exotherm en als gevolg daarvan zal een bepaalde hoeveelheid warmte qP in de oplossing vrijkomen. Het aantal Joule warmte dat in elke gram van de oplossing wordt afgegeven, wordt berekend uit het product van de temperatuurstijging en de soortelijke warmtecapaciteit van water (ervan uitgaande dat de oplossing voldoende verdund is dat de soortelijke warmtecapaciteit dezelfde is als die van zuiver water). De totale hoeveelheid overgedragen warmte kan dan worden berekend door het resultaat te vermenigvuldigen met de massa van de oplossing.

\ Delta h = q_P = m_{Sol ‘n}C_{water} \Delta T_{Sol’ n}

merk op dat ΔH = qP omdat het proces bij constante druk wordt uitgevoerd.