कॉफ़ी कप और बम कैलोरीमीटर

एक कैलोरीमीटर एक उपकरण है जिसका उपयोग रासायनिक प्रतिक्रिया में गर्मी के प्रवाह की मात्रा को मापने के लिए किया जाता है। दो सबसे सामान्य प्रकार के कैलोरीमीटर हैं कॉफी कप कैलोरीमीटर और बम कैलोरीमीटर।

एक कॉफी कप कैलोरीमीटर अनिवार्य रूप से एक ढक्कन के साथ एक पॉलीस्टाइनिन (स्टायरोफोम) कप है। कप आंशिक रूप से पानी की एक ज्ञात मात्रा से भरा होता है और कप के ढक्कन के माध्यम से एक थर्मामीटर डाला जाता है ताकि इसका बल्ब पानी की सतह के नीचे हो। जब कॉफी कप कैलोरीमीटर में रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, तो प्रतिक्रिया की गर्मी पानी द्वारा अवशोषित होती है। पानी के तापमान में परिवर्तन का उपयोग अवशोषित की गई गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए किया जाता है (बनाने के लिए उपयोग किया जाता है उत्पादों, इसलिए पानी का तापमान कम हो जाता है) या विकसित (पानी में खो जाता है, इसलिए इसका तापमान बढ़ जाता है) प्रतिक्रिया।

गर्मी प्रवाह की गणना संबंध का उपयोग करके की जाती है:

q = (विशिष्ट गर्मी) x m x (t

जहाँ q ऊष्मा प्रवाह है, m है द्रव्यमान ग्राम में, और Δt तापमान में परिवर्तन है। विशिष्ट ऊष्मा किसी पदार्थ के 1 ग्राम का तापमान 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है। पानी की विशिष्ट गर्मी 4.18 J / (g · ° C) है।

उदाहरण के लिए, एक रासायनिक प्रतिक्रिया पर विचार करें जो 200 ग्राम पानी में 25.0 सी के शुरुआती तापमान के साथ होती है। प्रतिक्रिया को कॉफी कप कैलोरीमीटर में आगे बढ़ने की अनुमति है। प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, पानी का तापमान 31.0 C में बदल जाता है। गर्मी प्रवाह की गणना की जाती है:

क्ष_पानी = 4.18 J / (g · ° C) x 200 g x (31.0 C - 25.0 C)

क्ष_पानी = +5.0 x 10³ जे

प्रतिक्रिया के उत्पादों ने 5,000 J ताप विकसित किया, जो पानी में खो गया। मितव्ययी परिवर्तन, ItudeH, प्रतिक्रिया के लिए परिमाण में बराबर है लेकिन पानी के लिए गर्मी प्रवाह के संकेत के विपरीत है:

ΔH_{प्रतिक्रिया} = - (क्व।)_पानी)

याद रखें कि एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया के लिए, thatH <0, q_पानी सकारात्मक है। पानी प्रतिक्रिया से गर्मी को अवशोषित करता है और तापमान में वृद्धि देखी जाती है। एक एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया के लिए, ΔH> 0, q_पानी नकारात्मक है। पानी प्रतिक्रिया के लिए गर्मी की आपूर्ति करता है और तापमान में कमी देखी जाती है।

एक कॉफी कप कैलोरीमीटर एक समाधान में गर्मी के प्रवाह को मापने के लिए बहुत अच्छा है, लेकिन इसका उपयोग उन प्रतिक्रियाओं के लिए नहीं किया जा सकता है जिनमें गैस शामिल हैं क्योंकि वे कप से बच जाएंगे। कॉफी कप कैलोरीमीटर का उपयोग उच्च तापमान प्रतिक्रियाओं के लिए नहीं किया जा सकता है, या तो, क्योंकि वे कप को पिघला देंगे। एक बम कैलोरीमीटर का उपयोग गैसों और उच्च तापमान प्रतिक्रियाओं के लिए गर्मी प्रवाह को मापने के लिए किया जाता है।

एक बम कैलोरीमीटर एक कप कप केलोरीमीटर के समान काम करता है, एक बड़े अंतर के साथ: एक कॉफी कप कैलोरीमीटर में, प्रतिक्रिया होती है पानी में, जबकि एक बम कैलोरीमीटर में, प्रतिक्रिया एक सील धातु के कंटेनर में होती है, जिसे पानी में एक असुरक्षित कंटेनर में रखा जाता है। प्रतिक्रिया से गर्मी का प्रवाह सील कंटेनर की दीवारों को पानी में पार करता है। पानी का तापमान अंतर मापा जाता है, जैसे कि यह एक कॉफी कप कैलोरीमीटर के लिए था। ऊष्मा के प्रवाह का विश्लेषण कॉफी कप कैलीमीटर के लिए थोड़ा अधिक जटिल है क्योंकि कैलोरिमीटर के धातु भागों में ऊष्मा प्रवाह को ध्यान में रखा जाना चाहिए:

क्ष_{प्रतिक्रिया} = - (क्व।)_पानी + क्यू_बम)

जहाँ q_पानी = 4.18 J / (g · ° C) x m_पानी x Δt

बम में एक निश्चित द्रव्यमान और विशिष्ट ऊष्मा होती है। अपनी विशिष्ट ऊष्मा से गुणा बम का द्रव्यमान कभी-कभी कैलोरीमीटर स्थिर कहा जाता है, जिसे प्रतीक C द्वारा प्रति डिग्री जूल की इकाइयों के साथ निरूपित किया जाता है। कैलोरीमीटर स्थिरांक को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है और एक कैलोरीमीटर से अगले तक भिन्न होगा। ऊष्मा का बहाव बम है:

क्ष_बम = सी एक्स Ct

एक बार कैलोरीमीटर स्थिरांक ज्ञात होने के बाद, ऊष्मा के प्रवाह की गणना एक साधारण मामला है। एक बम कैलोरीमीटर के भीतर दबाव अक्सर एक प्रतिक्रिया के दौरान बदल जाता है, इसलिए गर्मी का प्रवाह थैलीसी परिवर्तन में परिमाण के बराबर नहीं हो सकता है।