Inhoud
Als je een experiment gaat uitvoeren om de hoeveelheid warmte te bepalen die verloren gaat of wordt gewonnen door een chemische reactie of een ander proces, moet je dit in een container doen. De container, de calorimeter, kan eenvoudig zijn als een piepschuim beker of zo geavanceerd als een explosieveilige container ondergedompeld in water. Hoe dan ook, het zal een deel van de warmte absorberen, dus het is belangrijk om het te kalibreren voordat je je experiment uitvoert. De kalibratie geeft u een getal dat de calorimeterconstante wordt genoemd. Dit is de hoeveelheid warmte-energie die nodig is om de temperatuur van de calorimeter met 1 graad Celsius te verhogen. Zodra u deze constante kent, kunt u de calorimeter gebruiken om de specifieke warmte van andere materialen te meten.
Bepaling van de calorimeterconstante
Wanneer u een hoeveelheid van een stof combineert met dezelfde hoeveelheid van dezelfde stof op een andere temperatuur en de evenwichtstemperatuur meet, moet u merken dat deze zich halverwege tussen de begintemperaturen bevindt. Dat is echter een idealisatie. In werkelijkheid wordt een deel van de warmte geabsorbeerd door de calorimeter.
Een manier om een calorimeter te kalibreren is door twee hoeveelheden water erin te mengen bij verschillende temperaturen en de evenwichtstemperatuur te registreren. Water werkt hiervoor goed omdat het een gemakkelijk hanteerbare soortelijke warmte heeft (Cs) van 1 calorie per gram per graad Celsius (4.186 joule / g ˚C). Giet een bekende hoeveelheid heet water (m1) in een calorimeter die een bekende hoeveelheid koud water bevat (m2) en noteer de evenwichtstemperatuur van het mengsel. Je zult merken dat de warmte verloren door het warme water meer is dan de warmte gewonnen door het koude water. Het verschil is de warmte die wordt geabsorbeerd door de calorimeter.
Het warme water verliest een hoeveelheid warmte-energie gegeven door q1 = m1CSAT1en het koude water krijgt een hoeveelheid gelijk aan q2 = m2CSAT2. De hoeveelheid die de calorimeter absorbeert is (q1 - q2) = (m1 CSAT1 ) - (m2CSAT2). De temperatuur van de calorimeter stijgt met dezelfde hoeveelheid als het koude water, dus de warmtecapaciteit van de calorimeter, die hetzelfde is als de calorimeterconstante (cc), is (q1 - q2) ÷ ∆T2 cal / g ˚C of
cc = CS (m1AT1 + m2AT2) ÷ ∆T2 cal / g ˚C
Specifieke warmte meten
Zodra u de warmtecapaciteit weet, kunt u een calorimeter gebruiken om de specifieke warmte van een onbekende stof te berekenen. Verhit een bekende massa van de stof (m1) tot een specifieke temperatuur (T1). Voeg het toe aan de calorimeter waarin je al een andere massa van dezelfde stof hebt geplaatst (m2) bij een lagere temperatuur (T2). Wacht tot de temperatuur op evenwicht is gekomen en noteer die evenwichtstemperatuur (TE).
Je vindt de specifieke warmte van de stof met behulp van de bovenstaande vergelijking, herschikt om op te lossen voor CS.
CS = (cc • ∆T2) ÷ (m1AT1 + m2AT2) cal / g ˚C.