일정 부피 열 계량법

칼로리계는 화학 반응에 의해 방출되거나 흡수되는 열을 결정하는 데 유용합니다. 커피컵 열량계는 일정한(대기) 압력으로 작동하도록 설계되었으며 일정한 압력으로 용액에서 발생하는 열 흐름(또는 엔탈피 변화)을 측정하는 것이 편리합니다. 일정한 부피계에서 작동하는 다른 유형의 열량계는, 구어체로 폭탄 열량계로 알려져, 연소 반응과 같은 다량의 열 및 기체 제품을 산출하는 반응에 의해 생성 된 에너지를 측정하는 데 사용됩니다. (“폭탄”이라는 용어는 이러한 반응이 다른 열량계를 손상시키는 폭발과 유사할 만큼 활발할 수 있다는 관측에서 비롯됩니다.)

열역학의 첫 번째 법칙은 반응의 내부 에너지(ΔE)의변화가열(q)과작업(w)의합임을 시사한다.

기체 반응에서, 수행 된 작업은 압력 볼륨 유형으로 반응의 부피의 변화를 초래한다.

폭탄 열량계는 반응의 부피가 변경될 수 없는 일정한 부피로 작동하도록 설계되었습니다(ΔV = 0).

따라서, 수행된 작업은 0이며, 폭탄 열량계를 사용하여 측정된열(q_v)은반응의 내부 에너지의 변화에 해당한다.

폭탄 열량계는 반응제를 포함하고 그 자체가 물에 잠긴 견고한 강철 용기로 구성됩니다. 샘플은 폭탄에 배치되어 고압으로 산소로 채워져 있습니다. 작은 전기 불꽃은 샘플을 점화하는 데 사용됩니다. 반응에 의해 생성 된 에너지는 강철 폭탄과 주변 물에 의해 흡수된다. 온도 상승(ΔT)은칼로리계(C_cal)의알려진 열 용량과 함께 측정되며, 전체 열량계 어셈블리(q_cal)에의해 흡수되는 열을 계산하는 데 사용된다.

열량계는 절연되어 환경에 열을 잃지 않으므로 열계에 의해 얻어진 열은 반응에 의해 방출되는 열과 같습니다.

일정한 부피 조건으로 인해 반응에서 진화된 열은 내부 에너지 변화에 해당합니다.

이는 연소를 겪고 있는 반응제의 특정 양에 대한 내부 에너지 변화입니다. 특정 반응제의 두더지 당 ΔErxn은 실제로 반응하는 두더지의 수로 값을 분할하여 얻어진다.

폭탄 열량계는 열량계의 열 용량을 결정하고 정확한 결과를 보장하기 위해 교정이 필요합니다. 교정은 반응 전후의 무게가 있는 니켈 퓨즈 와이어로부터 불꽃에 의해 점화되는 벤조산의 측정수량과 같은 공지된 q와의 반응을 이용하여 달성된다. 공지된 반응에 의해 생성된 온도 변화는 열량계의 열 용량을 결정하는 데 사용된다. 캘리브레이션은 일반적으로 열량계가 연구 데이터를 수집하는 데 사용되기 전에 매번 수행됩니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 5.2: 칼로리 측정에서 적용됩니다.