Kalorymetria stałociśnieniowa

W przypadku reakcji chemicznej zachodzącej pod stałym ciśnieniem, takim jak ciśnienie atmosferyczne, ciepło wymieniane podczas procesu mierzy się jako zmianę entalpii ΔH. Zmiana entalpii reakcji objawia się zmianą temperatury, która jest mierzona za pomocą techniki zwanej kalorymetrią.

W kalorymetrii reakcja odbywa się w szczelnie zamkniętym i skalibrowanym pojemniku zwanym kalorymetrem. Kalorymetr jest dobrze izolowany i zapobiega jakiemukolwiek przepływowi ciepła między sobą a otoczeniem.

W ten sposób ciepło wymieniane między reagentami i produktami (które składają się na układ) a kalorymetrem (którym jest otoczenie), można dokładnie obliczyć, monitorując późniejsze zmiany temperatury w kalorymetrze.

Jeśli reakcja jest egzotermiczna, ciepło przepływa z układu do otoczenia, a temperatura wzrasta. I odwrotnie, jeśli reakcja jest endotermiczna, ciepło przepływa z otoczenia do układu, powodując spadek temperatury kalorymetru.

Prosty kalorymetr filiżanki kawy mierzy zmianę entalpii reakcji zachodzącej w roztworze w warunkach stałego ciśnienia.

Kalorymetr składa się z dwóch styropianowych filiżanek do kawy zagnieżdżonych razem i wyposażonych w termometr i mieszadło. Kalorymetr jest zamknięty luźno dopasowaną pokrywką z korka, aby utrzymać warunki stałego ciśnienia otwartego na atmosferę.

Załóżmy, że po 50,0 mililitrów 1,0 molowego wodnego roztworu kwasu solnego i 1,0 molowego wodnego roztworu potasu znajduje się reakcja w kalorymetrze, aby podnieść temperaturę roztworu o 6,9 °C.

Ciepło pochłonięte przez roztwór, roztwór q, jest równe jego ciepłu właściwemu, C_s, (4,18 J/g·°C) - tuż poniżej ciepła wody - pomnożonemu przez jego masę całkowitą, m (100,0 g) i zmianę temperatury.

Ciepło roztworu wynosi 2,9 × 10³ dżuli lub 2,9 kilodżuli. Ciepło reakcji, _reakcja q, ma tę samą wartość, ale z przeciwnym znakiem. Ponieważ ciśnienie jest stałe, zmiana entalpii jest taka sama jak ciepło reakcji.

Aby znaleźć zmianę entalpii reakcji na mol, entalpię dzieli się przez liczbę moli kwasu solnego. Mole kwasu solnego znajduje się przez pomnożenie objętości w litrach (0,05 l) przez molowość (1 molowiec). Dlatego minus 2,9 kilodżuli podzielone przez 0,050 mola daje minus 58 kilodżuli na mol.