introduktion till kemi

villkor

• kaffekopp kalorimeterett exempel på konstant tryckkalorimeter.
• adiabatiskinte tillåter någon överföring av värmeenergi; perfekt isolerande.
• konstant tryckkalorimäter förändringen i entalpi av en reaktion som uppträder i lösning, under vilken trycket förblir konstant.

konstant Tryckkalorimetri

en konstant tryckkalorimeter mäter förändringen i entalpi av en reaktion som uppträder i en flytande lösning. I det fallet förblir det gasformiga trycket ovanför lösningen konstant, och vi säger att reaktionen sker under betingelser med konstant tryck. Värmen som överförs till / från lösningen för att reaktionen ska inträffa är lika med förändringen i entalpi (\Delta H = q_P), och en kalorimeter med konstant tryck mäter således denna reaktionsvärme. Däremot är en bombkalorimeters volym konstant, så det finns inget tryckvolymarbete och den uppmätta värmen avser förändringen i inre energi (\Delta U=q_V).

ett enkelt exempel på en kalorimeter med konstant tryck är en kaffekopp kalorimeter, som är konstruerad av två kapslade Styrofoamkoppar och ett lock med två hål, vilket möjliggör införande av en termometer och en omrörningsstav. Den inre koppen innehåller en känd mängd vätska, vanligtvis vatten, som absorberar värmen från reaktionen. Den yttre koppen antas vara perfekt adiabatisk, vilket innebär att den inte absorberar någon värme alls. Som sådan antas den yttre koppen vara en perfekt isolator.

beräkning av specifik värme

Data som samlats in under ett kalorimetriexperiment med konstant tryck kan användas för att beräkna värmekapaciteten hos ett okänt ämne. Vi vet redan vår ekvation som rör värme (q), specifik värmekapacitet (C) och förändringen i observerad temperatur (\Delta T):

q=mC\Delta T

vi kommer nu att illustrera hur man använder denna ekvation för att beräkna den specifika värmekapaciteten hos ett ämne.

exempel 1

en student värmer ett 5,0 g prov av en okänd metall till en temperatur av 207 ^\circC och släpper sedan provet i en kaffekopp kalorimeter innehållande 36,0 g vatten vid 25,0 ^\circC. Efter att termisk jämvikt har upprättats är vattnets slutliga temperatur i kalorimetern 26.0^ \ circC. Vad är den specifika värmen hos den okända metallen? (Den specifika värmen av vatten är 4.18 \frac {j} {g^\circ C})

väggarna i kaffekopp kalorimeter antas vara helt adiabatisk, så vi kan anta att all värme från metallen överfördes till vattnet:

-q_{metal}=q_{water}

genom att ersätta i vår ovanstående ekvation får vi:

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

då kan vi koppla in våra kända värden:

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

lösning för C_{metal}, vi får

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

den specifika värmekapaciteten hos den okända metallen är 0.166 \frac {J} {G ^\circ C} .

exempel 2

för att bestämma standardentalpin för reaktionen H+(aq) + OH–(aq) 2 o(l) kan lika stora volymer 0,1 M HCl-och NaOH-lösningar kombineras initialt vid 25 C.

denna process är exoterm och som ett resultat kommer en viss mängd värme qP att släppas ut i lösningen. Antalet joule värme som släpps ut i varje gram av lösningen beräknas utifrån produkten av temperaturökningen och den specifika värmekapaciteten hos vatten (förutsatt att lösningen är utspädd nog så att dess specifika värmekapacitet är densamma som för rent vatten). Den totala mängden överförd värme kan sedan beräknas genom att multiplicera resultatet med lösningens massa.

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

Observera att den process som utförs vid konstant tryck.