1.2 Экспериментальная часть.

1.2.1. Аппаратура

Значения тепловых эффектов (энтальпий) различных химических и фазовых превращений определяют обычно путем прямых измерений в калориметрах. Различают два основных типа калориметров: изотермические и неизотермические. К первому типу относятся калориметры, в которых во время опыта температура не меняется, например, при определении теплоты фазового перехода первого рода: плавление, сублимация и испарение. В этих калориметрах во время опыта температура не меняется, так как вся теплота, сообщаемая калориметру, идет на изменение агрегатного состояния вещества, которое является в этом случае главной частью калориметрической системы.

Калориметры второго типа характеризуются изменением температуры во время опыта, причем часть теплоты, подлежащей измерению, расходуется на теплообмен с окружающей средой. Теплообмен искажает истинные результаты опыта. Он должен быть учтен, либо устранен. В соответствии с этим различают калориметры:

a) адиабатические, в которых температура оболочки поддерживается равной температуре калориметра, что исключает теплообмен с окружающей средой;

b) дифференциальные, устройство которых позволяет не учитывать поправки на теплообмен. Калориметр состоит из двух совершенно одинаковых частей: одна служит для проведения исследуемого экзотермического процесса, а другая - для нагревания электрическим током до температуры, равной температуре первой части установки. Тогда количество теплоты, выделившейся в результате процесса в первой части калориметра, эквивалентно электрической энергии, затраченной на нагревание второй его части;

c) калориметры с изотермической оболочкой, позволяющие точно учитывать поправку на теплообмен.

В настоящем лабораторном практикуме используют калориметр последнего типа, так называемый калориметр Нернста (рис.1.2). Этот вариант калориметра, несмотря на простоту устройства, позволяет получать при аккуратной работе хорошо воспроизводимые результаты.

Калориметр состоит из двух основных частей: калориметрической системы и оболочки. Калориметрической системой называется совокупность тех частей калориметра, между которыми должна распределяться вся теплота, подлежащая измерению. В описываемом ниже калориметре калориметрическая система включает: калориметрическую жидкость (например, воду, раствор кислоты или соли); калориметрический стакан, мешалку, термометр и другие приборы, помещенные в калориметрическую жидкость.

Калориметрический стакан (1) помещен в термоизоляционный корпус (2), представляющий адиабатическую оболочку. Для уменьшения потерь теплоты термоизоляционный корпус (2) закрывают крышкой из теплоизолирующего материала (3), в которую через отверстия вставлены мешалка (4), термометр сопротивления (5), пробирка с исследуемым веществом и нагреватель (6). Мешалка необходима для быстрого приведения всех частей калориметра в тепловое равновесие.

Рис.1.2. Калориметрическая установка

Уравнение теплового баланса калориметрического опыта можно записать в соответствие с ур.(1.3) в виде:

_{, (1.8)}

где  тепловой эффект процесса, протекающего в калориметре, T  изменение температуры калориметрической системы (в градусах) в результате процесса; – постоянная калориметра (в Дж/град). По физическому смыслуесть теплоемкость калориметра и численно равна количеству теплоты, необходимой для изменения температуры системы на 1 градус.

Следовательно, калориметрический опыт сводится к измерению двух величин: T и постоянной калориметра .

Изменение температуры можно регистрировать ртутным термометром типа Бекмана, термопарами или термометрами сопротивления. Применение термометра сопротивления удобно для точного измерения малых изменений температуры, так как при выборе схемы с высокочувствительным нановольтметром можно легко регистрировать изменение температуры порядка 10^-3 градуса. Зависимость его сопротивления от температуры выражается линейным уравнением: , где  константа для данного типа термосопротивления.

Сопротивление терморезистора R_t измеряют с помощью моста постоянного тока, принципиальная схема которого приведена на рис.1.3.

Рис.1.3. Принципиальная электрическая схема измерения сопротивления терморезистора R_t.

Компенсация сопротивления терморезистора (вольтметр V показывает отсутствие сигнала) достигается при условии , с помощью переменного сопротивленияR_пер. Сигнал измеряемый вольтметром пропорционален изменению термосопротивления , которое, в свою очередь пропорциональноТ. Следовательно, R (или U) представляет собой изменение температуры, измеренное в условных единицах, т.е. . Зависимостьавтоматически выводится на компьютер, который пересчитываетви выводит на экран график.