2150625899

Ćwiczenie nr 3

Wyznaczenie ciepła spalania

Wyznaczanie ciepła spalania związków ciekłych i stałych w warunkach stałej objętości przeprowadza się metodą kalorymetryczną, w tzw. bombie kalorymetrycznej. Pomiaru efektu cieplnego dokonuje się w przyrządzie zwanym kalorymetrem.

Bomba kalorymetryczna jest jednym z najbardziej precyzyjnych przyrządów używanych do pomiarów fizykochemicznych. Stosowana jest od 1881 r., w którym M. Berthelot zaproponował używanie szczelnie zamkniętego cylindra, napełnionego tlenem pod ciśnieniem około 1 bar do mierzenia ciepła spalania substancji organicznych. Bomba kalorymetryczna umożliwia wyznaczanie ciepła spalania substancji zawierających pierwiastki: C, H, O, N z dokładnością do 0,03%. Spalając substancje zakłada się, że jedynymi produktami spalania są: CO2, H2O i N2. Na powstający w niewielkich ilościach kwas azotowy wprowadza się poprawkę - z tym, że po jej wprowadzeniu otrzymane ciepło spalania odpowiada takiemu schematowi spalania, jak podano, tzn. że produktem spalania jest wolny N2.

1    bomba kalorymetryczna

2    pokrywa kalorymetru

3    czujnik temperatury

4    uchwyt pokrywy z napędem mieszadła mechanicznego

5    mieszadło mechaniczne

6    naczynie kalorymetryczne

7    płaszcz kalorymetru składający się z:

7a ścianki wewnętrznej 7b ścianki zewnętrznej 7c wężownicy 7d mieszadła ręcznego

8    pulpit sterujący kalorymetru

9    stół kalorymetru z płyta czołowa zawierająca gniazda przyłączeniowe i wyjście czujnika temperatury

Rys. 13. Budowa kalorymetru

Każdy pomiar kalorymetryczny można podzielić na trzy okresy czasowe. Właściwy pomiar temperatury podczas wyznaczania ciepła spalania dzieli się na trzy okresy, w których dokonuje się regularnych (zwykle co minutę lub co pół minuty) odczytów temperatury wody w kalorymetrze:

1)    okres początkowy (P), w którym dokonuje się kontroli wymiany ciepła między naczyniem kalorymetrycznym a płaszczem wodnym i otoczeniem przed spaleniem próbki (k+1 odczytów).

W okresie tym obserwuje się w przybliżeniu liniowy wzrost lub spadek temperatury (w zależności od tego, czy początkowa temperatura wody w naczyniu jest mniejsza lub większa od temperatury płaszcza wodnego).

2)    okres główny (G), w którym następuje spalenie próbki, wydzielenie się ciepła i przekazanie go do układu kalorymetrycznego oraz wyrównanie temperatur (n odczytów). Należy pamiętać, że w okresie głównym nie ustaje wymiana ciepła z otoczeniem.

3)    okres końcowy (K), spełniający ten sam cel co początkowy, ale w warunkach zakończenia pomiaru

(m odczytów). Aby móc wyodrębnić okres główny, w okresie końcowym powinno obserwować się w przybliżeniu liniowy spadek temperatury - czyli temperatura wody w płaszczu powinna być mniejsza niż pierwsza temperatura w okresie końcowym.

16