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Les calorimètres mesurent la chaleur d'une réaction chimique ou d'un changement physique tel que la fonte des glaces en eau liquide. La chaleur de réaction est importante pour comprendre la thermodynamique des réactions chimiques et pour prédire quels types de réactions se produiront spontanément. Il est très facile de construire un calorimètre de base - deux tasses à café en polystyrène, un couvercle et un thermomètre suffisent. Cependant, avant d’utiliser votre calorimètre, vous devez le calibrer et déterminer sa constante de calorimètre. Pour trouver la constante calorimétrique de votre appareil, suivez les étapes décrites ci-dessous.
Mettez une blouse de laboratoire, des lunettes et des gants.
Assemblez le calorimètre de tasse à café en insérant une tasse de café en polystyrène dans l’autre et en fixant le couvercle. Cela peut sembler simple, mais s'il est correctement calibré, ce calorimètre à tasse à café peut être étonnamment utile pour trouver des phases de réaction.
Mesurer environ 50 ml d'eau froide à l'aide du cylindre gradué. Il n'est pas nécessaire d'être exact à ce stade.
Mesurez le poids de votre calorimètre de tasse à café vide à 0,01 gramme près (ou aussi près que possible). Maintenant, ajoutez les 50 ml d’eau froide, replacez le couvercle et pesez à nouveau le calorimètre. La différence entre les poids vides et pleins est le poids de l'eau froide. Notez cette valeur (à 0,01 gramme près).
Peser le gobelet et noter son poids (à 0,01 gramme près). Ajoutez environ 50 ml d’eau et pesez à nouveau le bécher. La différence entre les poids vides et pleins est le poids de l'eau chaude. Notez cette valeur (à 0,01 gramme près).
À l’aide de la bague et du collier, fixez le bécher de sorte qu’il se place au-dessus du treillis métallique au-dessus du brûleur Bunsen. La toile métallique empêche la flamme d'entrer en contact direct avec le verre. Placez l’un des deux thermomètres dans le bécher et fixez-le à l’aide d’une pince de manière à ce qu’il soit suspendu dans l’eau sans toucher le fond du bécher.
Allumez le bec Bunsen et chauffez doucement l’eau chaude à environ 80 ° C. Il est préférable de le chauffer lentement plutôt que de le chauffer trop rapidement et de le porter à ébullition.
Insérez le deuxième thermomètre dans le calorimètre à travers le couvercle. Agitez l'eau à l'intérieur du calorimètre pendant quatre minutes et enregistrez sa température toutes les minutes à 0,1 ° C près. La température doit rester plus ou moins constante; si ce n'est pas le cas, laissez l'eau froide reposer pendant au moins deux minutes.
Juste avant la cinquième minute, éteignez le bec Bunsen si vous ne l'avez pas déjà fait et enregistrez la température de l'eau chaude et de l'eau froide. Versez rapidement et soigneusement toute l’eau chaude dans le calorimètre, puis replacez le couvercle et continuez à remuer avec le thermomètre.
Mesurez et enregistrez la température dans le calorimètre à intervalles de 30 secondes jusqu'à ce que cinq minutes se soient écoulées.
Ouvrez Excel ou un autre tableur. Entrez le temps en tant que les valeurs X et les températures en tant que valeurs y et tracer le graphique de vos données. Utilisez le tableur pour trouver la ligne la mieux adaptée aux données après l’ajout de l’eau chaude. N'incluez pas les points de données de avant d'ajouter l'eau chaude dans votre ligne de meilleur ajustement. La ligne de tendance doit être linéaire.
Notez la ligne de meilleur ajustement de votre graphique. Branchez 5 minutes pour x et calculez y (la température extrapolée à 5 minutes). Eh bien appelez cette température extrapolée Tf.
Soustrayez Tf de la température de l’eau chaude juste avant de l’ajouter au calorimètre. Cela vous donnera le changement de la température de l'eau chaude, Th. Multipliez Th par 4,184 et la masse d'eau chaude pour déterminer la quantité d'énergie perdue en joules.
Soustrayez la température de l'eau froide de Tf; cela vous donnera Tc, le changement de température de l'eau froide. Multipliez par la masse de l'eau froide et 4.184 pour trouver la quantité d'énergie gagnée par l'eau froide en joules.
Soustrayez l'énergie gagnée par l'eau froide de l'énergie perdue par l'eau chaude. Cela vous donnera la quantité d'énergie gagnée par le calorimètre.
Divisez l'énergie gagnée par le calorimètre par Tc (le changement de température de l'eau froide). Cette réponse finale est votre constante calorimétrique.