Introducere în chimie

Termeni

• calorimetru ceașcă de cafeaun exemplu de calorimetru cu presiune constantă.
• adiabaticnu permite nici un transfer de energie termică; perfect izolante.
• calorimermăsoară modificarea entalpiei unei reacții care apare în soluție, în timpul căreia presiunea rămâne constantă.

Calorimetrie cu presiune constantă

un calorimetru cu presiune constantă măsoară modificarea entalpiei unei reacții care apare într-o soluție lichidă. În acest caz, presiunea gazoasă deasupra soluției rămâne constantă și spunem că reacția are loc în condiții de presiune constantă. Căldura transferată în / din soluție pentru ca reacția să aibă loc este egală cu schimbarea entalpiei (\Delta H = q_P), iar un calorimetru cu presiune constantă măsoară astfel această căldură de reacție. În schimb, volumul calorimetrului unei bombe este constant, deci nu există nicio lucrare presiune-volum, iar căldura măsurată se referă la schimbarea energiei interne (\Delta U=q_V).

un exemplu simplu de calorimetru cu presiune constantă este un calorimetru cu ceașcă de cafea, care este construit din două căni de Styrofoam imbricate și un capac cu două găuri, care permite introducerea unui termometru și a unei tije de agitare. Cupa interioară conține o cantitate cunoscută de lichid, de obicei apă, care absoarbe căldura din reacție. Cupa exterioară se presupune a fi perfect adiabatică, ceea ce înseamnă că nu absoarbe nici un fel de căldură. Ca atare, Cupa exterioară se presupune a fi un izolator perfect.

calculul căldurii specifice

datele colectate în timpul unui experiment de calorimetrie cu presiune constantă pot fi utilizate pentru a calcula capacitatea termică a unei substanțe necunoscute. Știm deja ecuația noastră referitoare la căldură (q), capacitatea specifică de căldură (C) și schimbarea temperaturii observate (\Delta T):

q=Mc\Delta T

vom ilustra acum cum să folosim această ecuație pentru a calcula capacitatea specifică de căldură a unei substanțe.

Exemplul 1

un student încălzește o probă de 5,0 g dintr-un metal necunoscut la o temperatură de 207 ^\circC și apoi aruncă proba într-un calorimetru de ceașcă de cafea care conține 36,0 g de apă la 25,0 ^\circC. După stabilirea echilibrului termic, temperatura finală a apei din calorimetru este de 26.0 ^ \ circC. Care este căldura specifică a metalului necunoscut? (Căldura specifică a apei este de 4,18 \frac {J} {G^\circ c})

se presupune că pereții calorimetrului cupei de cafea sunt perfect adiabatici, deci putem presupune că toată căldura din metal a fost transferată în apă:

-q_{metal}=q_{apă}

înlocuind în ecuația noastră de mai sus, obținem:

-m_{metal}C_{metal} \delta t_{metal}=M_{apă}C_{apă}\delta t_{apă}

atunci putem conecta valorile noastre cunoscute:

-(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)

rezolvarea pentru C_{metal}, obținem

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

capacitatea specifică de căldură a metalului necunoscut este 0,166 \frac {j} {g ^\circ c} .

Exemplul 2

pentru a determina entalpia standard a reacției h+(aq) + OH–(aq) H2O(l), volume egale de 0,1 m soluții de HCl și de NaOH pot fi combinate inițial la 25 C.

acest proces este exoterm și, ca urmare, o anumită cantitate de căldură qP va fi eliberată în soluție. Numărul de jouli de căldură eliberați în fiecare gram de soluție este calculat din produsul creșterii temperaturii și al capacității termice specifice a apei (presupunând că soluția este suficient de diluată, astfel încât capacitatea sa specifică de căldură să fie aceeași cu cea a apei pure). Cantitatea totală de căldură transferată poate fi apoi calculată prin înmulțirea rezultatului cu masa soluției.

\Delta H=q_P = m_{sol ‘n}C_{apă} \Delta t_{sol’ n}

rețineți că, deoarece procesul este efectuat la presiune constantă.