Cangkir Kopi dan Kalorimetri Bom

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuantitas aliran panas dalam suatu reaksi kimia. Dua jenis kalorimeter yang paling umum adalah kalorimeter cangkir kopi dan kalorimeter bom.

Secangkir kopi kalorimeter pada dasarnya adalah cangkir polystyrene (Styrofoam) dengan tutupnya. Cangkir sebagian diisi dengan volume air yang diketahui dan termometer dimasukkan melalui tutup cangkir sehingga bohlamnya berada di bawah permukaan air. Ketika reaksi kimia terjadi dalam kalorimeter cangkir kopi, panas reaksi diserap oleh air. Perubahan suhu air digunakan untuk menghitung jumlah panas yang telah diserap (digunakan untuk membuat produk, sehingga suhu air menurun) atau berevolusi (hilang ke air, sehingga suhunya meningkat) di reaksi.

Aliran panas dihitung menggunakan relasi:

q = (panas spesifik) x m x Δt

Di mana q adalah aliran panas, m adalah massa dalam gram, dan ist adalah perubahan suhu. Panas spesifik adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat 1 derajat Celcius. Panas spesifik air adalah 4,18 J / (g · ° C).

Misalnya, perhatikan reaksi kimia yang terjadi dalam 200 gram air dengan suhu awal 25,0 C. Reaksi dibiarkan berjalan dalam kalorimeter cangkir kopi. Sebagai hasil dari reaksi, suhu air berubah menjadi 31,0 C. Aliran panas dihitung:

q_air = 4.18 J / (g · ° C) x 200 g x (31.0 C - 25.0 C)

q_air = +5.0 x 10³ J

Produk dari reaksi berevolusi 5.000 J panas, yang hilang ke air. Itu perubahan entalpi, ΔH, karena reaksinya sama besarnya tetapi berlawanan dengan aliran panas untuk air:

ΔH_reaksi = - (q_air)

Ingat bahwa untuk reaksi eksoterm, ΔH <0, q_air positif. Air menyerap panas dari reaksi dan peningkatan suhu terlihat. Untuk reaksi endotermik, ΔH> 0, q_air negatif. Air memasok panas untuk reaksi dan penurunan suhu terlihat.

Kalorimeter cangkir kopi sangat bagus untuk mengukur aliran panas dalam suatu larutan, tetapi itu tidak dapat digunakan untuk reaksi yang melibatkan gas karena mereka akan lepas dari cangkir. Kalorimeter cangkir kopi tidak dapat digunakan untuk reaksi suhu tinggi, karena mereka akan melelehkan cangkir. Kalorimeter bom digunakan untuk mengukur aliran panas untuk gas dan reaksi suhu tinggi.

Kalorimeter bom bekerja dengan cara yang sama seperti kalorimeter cangkir kopi, dengan satu perbedaan besar: Dalam kalorimeter cangkir kopi, reaksi terjadi di dalam air, sementara dalam kalorimeter bom, reaksi terjadi dalam wadah logam tertutup, yang ditempatkan di dalam air dalam wadah terisolasi. Aliran panas dari reaksi melintasi dinding wadah tertutup ke air. Perbedaan suhu air diukur, sama seperti kalorimeter cangkir kopi. Analisis aliran panas sedikit lebih kompleks daripada untuk kalorimeter cangkir kopi karena aliran panas ke bagian logam kalorimeter harus diperhitungkan:

q_reaksi = - (q_air + q_bom)

dimana q_air = 4.18 J / (g · ° C) x m_air x Δt

Bom itu memiliki massa tetap dan panas spesifik. Massa bom dikalikan dengan panas spesifiknya kadang-kadang disebut konstanta kalorimeter, dilambangkan dengan simbol C dengan satuan joule per derajat Celcius. Konstanta kalorimeter ditentukan secara eksperimental dan akan bervariasi dari satu kalorimeter ke yang berikutnya. Itu aliran panas bom adalah:

q_bom = C x Δt

Setelah konstanta kalorimeter diketahui, menghitung aliran panas adalah hal yang sederhana. Tekanan dalam kalorimeter bom sering berubah selama reaksi, sehingga aliran panas mungkin tidak sama besarnya dengan perubahan entalpi.