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Kalorimeter messen die Wärme einer chemischen Reaktion oder eine physikalische Veränderung wie das Schmelzen von Eis zu flüssigem Wasser. Die Reaktionswärme ist wichtig, um die Thermodynamik chemischer Reaktionen zu verstehen und vorherzusagen, welche Arten von Reaktionen spontan ablaufen. Ein einfaches Kalorimeter ist sehr einfach zu bauen - Sie benötigen lediglich ein paar Styropor-Kaffeetassen, einen Deckel und ein Thermometer. Bevor Sie Ihr Kalorimeter verwenden können, müssen Sie es jedoch kalibrieren und seine Kalorimeterkonstante bestimmen. Führen Sie die folgenden Schritte aus, um die Kalorimeterkonstante für Ihr Gerät zu ermitteln.
Ziehen Sie Laborkittel, Schutzbrille und Handschuhe an.
Bauen Sie das Kaffeetassenkalorimeter zusammen, indem Sie eine Styropor-Kaffeetasse in die andere einsetzen und den Deckel aufsetzen. Es mag einfach erscheinen, aber wenn es richtig kalibriert ist, kann dieses Kaffeetassenkalorimeter überraschend nützlich sein, um Reaktionswärmen zu finden.
Mit dem Messzylinder ca. 50 ml kaltes Wasser abmessen. Zu diesem Zeitpunkt ist es nicht erforderlich, genau zu sein.
Messen Sie das Gewicht Ihres Kalorimeters für leere Kaffeetassen auf 0,01 Gramm genau (oder so nah wie möglich). Geben Sie nun die 50 ml kaltes Wasser hinzu, setzen Sie den Deckel wieder auf und wiegen Sie das Kalorimeter erneut. Der Unterschied zwischen dem leeren und dem vollen Gewicht ist das Gewicht des kalten Wassers. Notieren Sie diesen Wert (auf 0,01 Gramm genau).
Wiegen Sie den Becher und notieren Sie sein Gewicht (auf 0,01 Gramm genau). Füge ungefähr 50 ml Wasser hinzu und wiege das Becherglas erneut. Der Unterschied zwischen dem leeren und dem vollen Gewicht ist das Gewicht des heißen Wassers. Notieren Sie diesen Wert (auf 0,01 Gramm genau).
Befestigen Sie den Becher mit dem Ringständer und der Klammer so, dass er über dem Drahtgewebe über dem Bunsenbrenner steht. Das Drahtgewebe verhindert den direkten Kontakt der Flamme mit dem Glas. Positionieren Sie eines der beiden Thermometer im Becher und befestigen Sie es mit einer Klemme so, dass es im Wasser hängt, aber den Boden des Bechers nicht berührt.
Zünden Sie den Bunsenbrenner an und erhitzen Sie das heiße Wasser sanft auf ca. 80 ° C. Es ist besser, es langsam zu erhitzen, als es zu schnell zu erhitzen und zum Kochen zu bringen.
Führen Sie das zweite Thermometer durch den Deckel in das Kalorimeter ein. Rühren Sie das Wasser im Inneren des Kalorimeters vier Minuten lang um und notieren Sie die Temperatur in Abständen von einer Minute auf 0,1 ° C genau. Die Temperatur sollte mehr oder weniger konstant bleiben. Ist dies nicht der Fall, lassen Sie das kalte Wasser noch mindestens zwei Minuten einwirken.
Schalten Sie kurz vor der fünften Minute den Bunsenbrenner aus, falls Sie dies noch nicht getan haben, und notieren Sie die Temperatur des heißen und des kalten Wassers. Gießen Sie schnell und vorsichtig das gesamte heiße Wasser in das Kalorimeter, setzen Sie den Deckel wieder auf und rühren Sie mit dem Thermometer weiter.
Messen und notieren Sie die Temperatur im Abstand von 30 Sekunden im Kalorimeter, bis insgesamt fünf Minuten verstrichen sind.
Öffnen Sie Excel oder ein anderes Tabellenkalkulationsprogramm. Geben Sie die Zeit als X-Werte und die Temperaturen als Y-Werte ein und zeichnen Sie Ihre Daten grafisch auf. Verwenden Sie das Tabellenkalkulationsprogramm, um eine Linie zu finden, die am besten zu den Daten passt, nachdem Sie das heiße Wasser hinzugefügt haben. Nehmen Sie nicht die Datenpunkte von auf, bevor Sie das heiße Wasser in Ihre Linie der besten Anpassung eingetragen haben. Die Trendlinie sollte linear sein.
Schreiben Sie die bestmögliche Linie aus Ihrem Diagramm auf. Geben Sie 5 Minuten für x ein und berechnen Sie y (die extrapolierte Temperatur bei 5 Minuten). Nennen wir diese extrapolierte Temperatur Tf.
Subtrahieren Sie Tf von der Temperatur des heißen Wassers, bevor Sie es dem Kalorimeter hinzufügen. Dies gibt Ihnen die Änderung der Temperatur des heißen Wassers, Th. Multiplizieren Sie Th mit 4,184 und der Masse des heißen Wassers, um herauszufinden, wie viel Energie das heiße Wasser in Joule verloren hat.
Subtrahiere die Temperatur des kalten Wassers von Tf; Dies gibt Ihnen Tc, die Temperaturänderung des kalten Wassers. Multiplizieren Sie mit der Masse des kalten Wassers und 4,184, um die durch das kalte Wasser gewonnene Energiemenge in Joule zu ermitteln.
Subtrahieren Sie die durch das kalte Wasser gewonnene Energie von der durch das heiße Wasser verlorenen Energie. Dies gibt Ihnen die Menge an Energie, die das Kalorimeter gewinnt.
Teilen Sie die vom Kalorimeter gewonnene Energie durch Tc (die Temperaturänderung des kalten Wassers). Diese endgültige Antwort ist Ihre Kalorimeterkonstante.