Kalorimetriya

Kalorimetriya (lot. calor — issiqlik va ... metriya) — turli fizik, kimyoviy va biologik jarayonlarda sodir boʻladigan issiklik effektlari (issiqlik miqdorlari)ni oʻlchash usullari majmui. Xususan, K. usullari bilan jismlarning issiqlik sigʻimi, fazaviy oʻtishlar issiqligi (erish, qaynash va b.), kimyoviy reaksiyalarda ajraladigan issiqlik effektlari, radioaktiv yemirilishlar, tirik organizmlarda moddalar almashinuvi va b. aniklanadi.
Turli jarayonlarda jism sarflaydigan yoki yutadigan issiqlik miqdorini bevosita oʻlchash uchun ishlatiladigan asboblar kalorimetrlar deyiladi. 400 K va undan yuqori t-ralardagi issiklik oʻlchashlarini oʻz ichiga olgan K.ni yuqori temperaturalar K.si, suyuq azot, vodorod va geliy t-ralari sohasini (-77 K va undan pastda) past temperaturalar K.si deyiladi.
K.ni oʻlchash usullari issiqlik texnikasida, metallurgiyada, kimyo texnologiyasida keng ishlatiladi. Turli texnologik jarayonlarda jismlarning qizishi, erishi yoki bugʻlanishi uchun sarflanadigan issiqlikni hisoblashda; kimyoviy reaksiyalarning borishi chegarasini aniqlashda va ularning sodir boʻlish shartlarini belgilashda K.dan foydalaniladi. Maye, grafitdan sintetik olmos olish mumkin boʻlgan bosim va t-ra sohasini shu moddalarning issiqlik sigʻimlarini va yonish issiqliklarini kalorimetrik oʻlchashlar orqali aniklangan. Biologiyada K. (biokalorimetriya) yordamida organizmda boʻlib turadigan kimyoviy va fizik jarayonlar [endotermiklik yutilishi) va ekzotermiklik chikarish)]dagi issiqlik effektlari aniklanadi. Maye, bir soatda ichak tayoqchasi mikrobi ~10~9 kal, odam 5-104 kal issiqlik chiqarishini K. usuli bilan aniqlangan. Organizmdan ajralib chikadigan issiqlik miqdorini aniqlash uchun, odatda, hayvon yoki odam kalorimetr (devorlari orasida suv oqib turadigan kamera)ga joylashtiriladi. Bunda organizmdan chiqayotgan issiqlikni suv yutadi. Suv massasi va uning t-ra oʻzgarishidan qancha issiklik ajralishi bilib olinadi. Agar bunday bevosita oʻlchash mumkin boʻlmasa, u holda bilvosita usullardan foydalaniladi (mas, organizm vaqt birligida yutgan O2 va chiqargan SO2 nisbatidan oqsil, yogʻ, uglerodlarning oksidlanishi uchun sarflagan O2 miqdori aniqlanadi. Ok-sidlanish reaksiyalaridagi issiklik effektlariga qarab organizmda xreil boʻladigan issiqlik miqdorini hisoblab chiqsa boʻladi). K. fiziologik tadqiqotlar va diagnostikada katta ahamiyatga ega.
Tarix
1761 yilda Jozef Blek yashirin issiqlik g'oyasini ilgari surdi va bu birinchi muz kalorimetrlarini yaratishga olib keldi.[1] 1780 yilda Antuan Lavuazye dengiz cho'chqasining nafas olishidagi issiqlikni o'z apparati atrofidagi qorlarni eritish uchun ishlatib, nafas olish gazlari almashinuvi sham yoqish kabi yonish ekanligini ko'rsatdi.[2] Lavoisier ushbu apparatni yunon va lotin ildizlariga asoslangan holda kalorimetr deb nomladi. Birinchi muz kalorimetrlaridan biri 1782 yil qishda Lavuazye va Pyer-Simon Laplas tomonidan ishlatilgan bo'lib, ular kimyoviy reaktsiyalar natijasida ajralib chiqadigan issiqlikni o'lchash uchun muzni eritish uchun zarur bo'lgan issiqlikka tayangan.[3
Adiabatik kalorimetrlar

Lavuazye va La Pley kalorimetri, 1801 yil
An adiabatik kalorimetr - qochib ketgan reaktsiyani tekshirish uchun ishlatiladigan kalorimetr. Kalorimetr adiyabatik muhitda ishlaganligi sababli, tekshirilayotgan material namunasida hosil bo'ladigan har qanday issiqlik namunaning haroratini ko'tarishiga olib keladi va shu bilan reaktsiyani kuchaytiradi.
Hech qanday adiyabatik kalorimetr to'liq adiyabatik emas - namuna tomonidan namuna ushlagichga bir oz issiqlik yo'qoladi. Ushbu issiqlik yo'qotishlarini hisobga olish uchun kalorimetrik natijani sozlash uchun phi-faktor deb nomlanuvchi matematik tuzatish koeffitsientidan foydalanish mumkin. Phi-omil - ning nisbati issiqlik massasi namuna va namuna ushlagichining faqat namunaning termal massasiga.
Reaktsiya kalorimetrlari
Asosiy maqola: Reaktsiya kalorimetrlari
Reaktsiya kalorimetri bu kalorimetr bo'lib, unda a kimyoviy reaktsiya yopiq izolyatsiya qilingan idish ichida boshlanadi. Reaksiya issiqliklari o'lchanadi va umumiy issiqlik vaqtni issiqlik oqimini integratsiyalash yo'li bilan olinadi. Bu sanoatda issiqlikni o'lchash uchun ishlatiladigan standartdir, chunki sanoat jarayonlari doimiy haroratda ishlashga mo'ljallangan.[iqtibos kerak] Reaktsiya kalorimetriyasi kimyoviy jarayonlar muhandisligi va reaksiyalarning global kinetikasini kuzatish uchun maksimal issiqlik chiqarish tezligini aniqlash uchun ham ishlatilishi mumkin. Reaktsiya kalorimetrida issiqlikni o'lchashning to'rtta asosiy usuli mavjud:

Issiqlik oqimi kalorimetri

Sovutish / isitish ko'ylagi jarayonning harorati yoki ko'ylagi haroratini boshqaradi. Issiqlik issiqlik uzatuvchi suyuqlik va texnologik suyuqlik o'rtasidagi harorat farqini kuzatish orqali o'lchanadi. Bundan tashqari, to'g'ri qiymatga erishish uchun to'ldirish hajmlari (ya'ni namlangan maydon), o'ziga xos issiqlik, issiqlik uzatish koeffitsienti aniqlanishi kerak. Ushbu turdagi kalorimetr yordamida relyefda reaktsiyalarni bajarish mumkin, ammo bu juda kam aniq.
Issiqlik balansi kalorimetri
Sovutish / isitish ko'ylagi jarayonning haroratini boshqaradi. Issiqlik issiqlik tashuvchisi tomonidan olingan yoki yo'qotilgan issiqlikni kuzatish orqali o'lchanadi.
Quvvatni qoplash
Quvvat kompensatsiyasi doimiy haroratni ushlab turish uchun idish ichiga o'rnatilgan isitgichdan foydalanadi. Ushbu isitgichga etkazib beriladigan energiya o'zgarishi mumkin, chunki reaktsiyalar talab qilinadi va kalorimetriya signali bu elektr energiyasidan kelib chiqadi.
Doimiy oqim
Doimiy oqim kalorimetri (yoki ko'pincha COFLUX deb ataladi) issiqlik balansi kalorimetriyasidan kelib chiqadi va tomir devori bo'ylab doimiy issiqlik oqimini (yoki oqimini) ushlab turish uchun maxsus boshqarish mexanizmlaridan foydalaniladi.
Bomba kalorimetrlari

Bomba kalorimetr Bomba kalorimetri

Bomba kalorimetri - ma'lum bir reaktsiyaning yonish issiqligini o'lchashda ishlatiladigan doimiy hajmli kalorimetr turi. Bomba kalorimetrlari reaktsiya o'lchanayotganda kalorimetr ichidagi katta bosimga bardosh berishi kerak. Elektr energiyasi yoqilg'ini yoqish uchun ishlatiladi; yonilg'i yonayotganida u atrofdagi havoni isitadi, u kengayib, havoni kalorimetrdan chiqaradigan naycha orqali chiqib ketadi. Havo mis naychasidan chiqib ketganda, u quvur ichidagi suvni ham isitadi. Suv harorati o'zgarishi yoqilg'ining kaloriya miqdorini hisoblash imkonini beradi.

So'nggi kalorimetrli dizaynlarda ortiqcha toza kislorod bilan bosim o'tkazilgan (odatda 30 atmda) va namunaning tortilgan massasi (odatda 1-1,5 g) va oz miqdordagi suv miqdori (ichki atmosferani to'yintirish uchun) butun bomba, Shunday qilib, ishlab chiqarilgan barcha suvlarning suyuq bo'lishini ta'minlash va bug'lanishning entalpiyasini hisob-kitoblarga kiritish zaruratini bartaraf etish), elektr zaryadini yoqishdan oldin ma'lum suv miqdori (taxminan 2000 ml) ostida qoladi. Namuna va kislorodning ma'lum bo'lgan massasi bo'lgan bomba yopiq tizimni hosil qiladi - reaktsiya paytida gazlar chiqmaydi. Keyin po'lat idishga solingan tortilgan reaktiv yoqiladi. Energiya yonish natijasida ajralib chiqadi va undan issiqlik oqimi zanglamaydigan po'latdan yasalgan devorni kesib o'tadi, shu bilan po'lat bomba, uning tarkibi va atrofidagi suv ko'ylagi haroratini oshiradi. Keyin suvdagi harorat o'zgarishi termometr yordamida aniq o'lchanadi. Ushbu o'qish, bomba faktori bilan birga (metall bomba qismlarining issiqlik quvvatiga bog'liq), namunadagi kuyish natijasida chiqadigan energiyani hisoblash uchun ishlatiladi. Elektr energiyasini kiritish, yonayotgan sug'urta va kislota hosil bo'lishini hisobga olish uchun (qoldiq suyuqlikni titrlash orqali) kichik tuzatish kiritiladi. Harorat ko'tarilishini o'lchab bo'lgach, bomba ichidagi ortiqcha bosim chiqariladi.

Bomba kalorimetri asosan namuna, kislorod, zanglamaydigan po'latdan yasalgan bomba, suv, aralashtirgich, termometr, zararli yoki izolyatsion idishni (kalorimetrdan atrofga issiqlik oqimini oldini olish uchun) va tutashuv pallasini o'z ichiga oladigan kichik stakandan iborat. bomba bilan bog'langan. Bomba uchun zanglamaydigan po'latdan foydalangan holda, reaktsiya tovush o'zgarishi kuzatilmasdan sodir bo'ladi.