Аппаратура и методика калориметрических измерений. Устройство калориметра.

Тепловые эффекты различных физико-химических процессов экспериментально определяют при использовании специальных приборов, называемых калориметрами. В калориметрах наиболее распространенного типа процесс протекает в камере, которая помещена в изолированный сосуд, заполненный известным количеством калориметрической жидкости  воды. Повышение температуры воды фиксируется чувствительным термометром. Произведение прироста температуры на сумму теплоемкостей воды и калориметра равно количеству выделившейся теплоты. Теплоемкость воды, окружающей реакционную камеру, рассчитывают умножением массы воды на её удельную теплоемкость, для определения теплоемкости к ал

Рис. 5. Схема калориметра

ориметра проводят в нем реакцию с известным тепловым эффектом или рассчитывают, учитывая массы и удельные теплоемкости тех частей калориметра, между которыми распределяться тепло, подлежащее измерению. В лабораторной практике наиболее часто применяют калориметр с изотермической оболочкой, схематически изображенный на рис. 5. Калориметр состоит из металлического стакана 1 на подставке из материала с низкой теплопроводностью, изолирующего стакана 2 , изотермической оболочки 3, внутренней 7 и наружной 6 крышек, термометра Бекмана 4, мешалки 5, приводимой в движение мотором. В стакане 1 находится калориметрическая жидкость. Калориметрическая жидкость, стакан, мешалка и термометр, погруженные в калориметрическую жидкость, образуют калориметрическую систему.

Тепловой эффект изучаемого процесса рассчитывают по уравнению:

  _кал, (17)

где К_кал  постоянная калориметрической системы,   изменение температуры калориметрической системы. Для определения постоянной калориметрической системы в калориметре проводят реакцию с известным тепловым эффектом или рассчитывают, учитывая массы и удельные теплоемкости калориметрической жидкости и тех частей калориметра, между которыми распределяется тепло, подлежащее измерению.

Термометр Бекмана.

Изменение температуры калориметрической жидкости обычно не превышает 2  3°. Это изменение должно быть измерено с точностью не менее 0,01°. Очевидно, на термометре допустимой длины при такой шкале могло бы уместиться не более 5  6° и он был бы пригоден лишь для весьма ограниченного интервала температур. Поэтому в работах, требующих измерения разности температур (когда абсолютное значение температуры не имеет значения), применяют термометр с произвольной шкалой, предложенный Бекманом. Такой термометр позволяет с высокой точностью определять малые изменения температуры, находящиеся в пределах от  30 до + 110° С. Термометр Бекмана (рис. 6) имеет два резервуара для ртути: нижний 1 и верхний 2. Количество ртути в нижнем резервуаре, погружаемом в изучаемую среду, можно изменять, отливая ее через капилляр в верхний  запасной резервуар или добавляя ртуть из него. Это позволяет настраивать термометр на нужный интервал температур.

Д

Рис. 6. Термометр Бекмана

ля изменения количества ртути в нижнем резервуаре нагревают его рукой до тех пор, пока ртуть в виде капли не появится в верхней части запасного резервуара. Затем, если требуется убавить количество ртути в нижнем резервуаре, встряхиванием отрывают выступившую капельку ртути, и она переходит в верхний резервуар.

Если требуется добавить ртуть в нижний резервуар, то термометр быстро переворачивают головкой вниз. Ртуть в запасном резервуаре сливается с капелькой, выступающей из капилляра. Затем термометр аккуратно переворачивают в нормальное положение, следя, чтобы ртуть в запасном резервуаре не оторвалась от ртутного столбика шкалы. После того как некоторое количество ртути перельется из верхнего сосуда в нижний, термометр встряхивают. Запасная ртуть при этом отрывается от ртутного столбика шкалы. Доливание и отливание ртути производят до тех пор, пока не установят термометр для измерений в заданном интервале температур.

Если в ходе опыта температура должна повышаться, то в правильно установленном термометре при погружении его в калориметрическую жидкость до начала опыта мениск ртути должен находиться в нижней части шкалы, если же ожидается понижение температуры, — в верхней части шкалы.

Подготовленный для работы термометр Бекмана не следует держать рукой за нижний резервуар или приводить в горизонтальное положение.