Калориметар је уређај који се користи за мерење количине топлотног тока у хемијској реакцији. Два најчешћа типа калориметра су калориметар за шољу за кафу и калориметар за бомбу.
Калориметар за кафу
Шоља за кафу калориметар у суштини је чаша од стиропора (стиропора) са поклопцем. Шалица је делимично напуњена познатом запремином воде, а термометар се убацује кроз поклопац чаше тако да се његова сијалица налази испод водене површине. Када се догоди хемијска реакција у калориметру у шољи за кафу, топлоту реакције апсорбује вода. Промена температуре воде користи се за израчунавање количине топлоте која је апсорбована (која се раније користила за производњу производа, тако да се температура воде смањује) или се развија (губи се у води, тако да се њена температура повећава) у реакција.
Проток топлине израчунава се кориштењем релације:
к = (специфична топлота) к м к Δт
Где је к проток топлоте, м је маса у грамима, а Δт је промена температуре. Специфична топлота је количина топлоте која је потребна за подизање температуре 1 грам материје 1 степен Целзијуса. Специфична топлота воде је 4,18 Ј / (г · ° Ц).
На пример, размотрите хемијску реакцију која се одвија у 200 грама воде са почетном температуром од 25,0 Ц. Реакција је дозвољена да тече у калориметру у шољи за кафу. Као резултат реакције, температура воде се мења на 31.0 Ц. Проток топлине се израчунава:
квода = 4,18 Ј / (г · ° Ц) к 200 г к (31,0 Ц - 25,0 Ц)
квода = +5,0 к 103 Ј
Производи реакције су развили 5000 Ј топлоте која је изгубљена у води. Тхе промена енталпије, ΔХ, јер је реакција једнака по јачини, али супротно знаку протока топлоте за воду:
ΔХреакција = - (к)вода)
Подсетимо да је за егзотермичку реакцију ΔХ <0, квода је позитивно. Вода апсорбује топлоту из реакције и примећује се пораст температуре. За ендотермичку реакцију, ΔХ> 0, квода је негативан. Вода доводи топлоту за реакцију и види се пад температуре.
Калориметар бомбе
Калориметар за шољу за кафу одличан је за мерење протока топлоте у раствору, али не може се користити за реакције које укључују гасове, јер би истекли из шоље. Калориметар за шољу за кафу не може се користити ни за реакције на високу температуру, јер би оне растопиле шољу. Калориметар бомбе користи се за мерење топлотних протока за гасове и реакције високих температура.
Калориметар бомбе делује на исти начин као и калориметар за шољу кафе, с једном великом разликом: У калориметру у шољи за кафу реакција се одвија у води, док је у калориметру са бомбом, реакција се одвија у заптивеном металном контејнеру, који се поставља у воду у изолованој посуди. Ток топлоте из реакције прелази преко зидова затворене посуде у воду. Измерава се температурна разлика воде, баш као што је то био и калориметар за шољу за кафу. Анализа топлотног тока је мало сложенија него што је то била калориметра у шољи за кафу јер се мора водити рачуна о протоку топлоте у металним деловима калориметра:
креакција = - (к)вода + кбомба)
где квода = 4,18 Ј / (г · ° Ц) к мвода к Δт
Бомба има фиксну масу и специфичну топлоту. Маса бомбе помножена са њеном специфичном топлином понекад се назива константа калориметра, означена симболом Ц јединицама џулова по степену Целзијуса. Концентрација калориметра одређује се експериментално и варира од једног калориметра до другог. Тхе проток топлоте бомба је:
кбомба = Ц к Δт
Једном када се спозна константа калориметра, израчунавање топлотног протока је једноставна ствар. Притисак унутар калориметра бомбе често се мења током реакције, тако да топлотни ток можда није једнак по величини са променом енталпије.