Визначення істинної зміни температури в калориметрі при термохімічному процесі

Для визначення змін температури в калориметрії використовують метастатичний термометр Бекмана. Він дає змогу виміряти невеликі зміни температури (до 5-6⁰С). з точністю до 0, 005⁰С. Термометр складається з основного і додаткового резервуарів ртуті, сполучених між собою капіляром. Особливістю цього термометра є те, що за допомогою додаткового резервуара можна змінювати кількість ртуті в основному резервуарі і завдяки цьому використовувати термометр для вимірювань у широкому інтервалі температур. Шкалу термометра поділено на відрізки по 5⁰С, а кожний градус – на десяті і соті частки. Тисячні частки можна приблизно відрахувати з використанням лупи.

Перед використанням необхідно перевірити настроювання термометра Бекмана. Для цього термометр занурюють у посудину з водою, яка має температуру рідини в калориметрі. Термометр підготовлений правильно для ендотермічного процесу, якщо ртуть у ньому міститься між позначками 4-5⁰С (оскільки спостерігається зниження температури), і відповідно між позначками 0 - 2⁰С для екзотермічного процесу (спостерігається підвищення температури).

Якщо термометр установлено неправильно, його необхідно відрегулювати. Для цього потрібно сполучити ртуть основного і додаткового резервуарів, нагріваючи основний резервуар (рукою або на водяній бані). Для того щоб рівень ртуті містився у верхній частині шкали, слід додати ртуть із верхнього (додаткового резервуару). Для цього нижній (основний) резервуар термометра охолоджують, і ртуть із верхнього резервуару буде переходити в нижній.

Якщо необхідно, щоб рівень ртуті встановився в нижній частині шкали, основний резервуар слід помістити вище від додаткового і трохи підігрівати (рукою або на водяній бані) ртуть в основному резервуарі. При цьому ртуть буде перетікати з нижнього резервуару у верхній.

Для припинення надходження ртуті з одного резервуару в інший слід розірвати стовпчик ртуті. Для цього термометр становлять у вертикальне положення і різко вдаряють верхньою частиною термометра по долоні (обережно, щоб не розбити термометр). Після цього термометр знову занурюють у посудину з водою, що має температуру рідини в калориметрі. І перевіряють настроювання.

При роботі з калориметром спостерігаються часткові втрати тепла в навколишнє середовище, що викривляє вимірювану різницю температур початку і кінця процесу. Для визначення істинної зміни температури використовують графічний метод. Весь калориметричний процес поділяють на три періоди:

1) попередній період 5 хв;

2) головний період, що відповідає протіканню термохімічного досліду (розчиненню солі чи реакції нейтралізації);

3) заключний період — 5 хв.

Перемішуючи воду в калориметрі, спостерігають кожні 0, 5 хв. за температурою, що змінюється в результаті обміну теплом із навколишнім середовищем. Коли встановлюється рівномірний хід температури, тобто коли зміни температури кожні 0, 5 хв. стануть однаковими, починають записувати температуру через кожні 0, 5 хв. із точністю до 0, 005°С (попередній період). Виконують 10 відліків. На одинадцятому відліку починають розчинення солі чи іншу реакцію для вимірювання теплового ефекту, не виключаючи секундоміра і не перериваючи запису температури. Розмішують розчин, і продовжують запис температури (головний період). Якщо температура змінюється дуже швидко, відлік можна робити з точністю до 0, 1°С. По закінченні головногоперіоду, коли хід температури знову стане рівномірним (заключний період), роблять ще 10 відліків і дослід за­кінчують. Якщо відлік чергового показання термо­метра під час досліду не був зроблений, то слід підкреслити пропущений відлік і записати наступний на своє місце, під своїм порядковим номером. Інак­ше це скоротить плавний період і вплине на величи­ни виправлення. Точне значення зміни температури в калориметрі під час проведення процесу визначається графічним методом, що дає змогу враховувати можливий теплообмін калориметра з навколишнім середовищем (рис 1.2)

Рис.1.2. Графічний метод визначення істинної зміни температури в калориметрі при термохімічному процесі.

За отриманими даними будують графік (рис.1.2) на міліметровому папері, відкладаючи по осі абсцис час t, а на осі ординат — температуру Т. На графіку АВ — попередній період, ВД – головний період, а ДЕ — заключний. Прямі АВ і ДЕ екстраполюють, і час періоду ВД поділяють навпіл (точка С). З точки С опускають перпе­ндикуляр до перетину з обома продовженими прямими. Відрізок між точками К і F, виражений у градусах, покаже дійсну зміну температури DT, викликану процесом, з урахуванням виправлення на теплообмін.