Kalorimetre

Kimyasal reaksiyonlaın bir kısmının reaksiyon sırasında verdiği veya aldığı ısıyı deneysel olarak belirlemek mümkündür.Kimyasal reaksiyonların, reaksiyon ısılarının deneysel olarak belirlenmesi için “kalorimetre” denilen düzenekler kullanılır.

Kalorimetrenin temel prensibi reaksiyon nedeniyle reaksiyon çözeltisinin veya reaksiyon kabının etrafındaki banyonun sıcaklığındaki değişmenin ölçülmesidir.Bu sıcaklık değişmesinden ve kalorimetrenin ısı kapasitesinden yararlanılarak reaksiyonun verdiği ıhesaplanır.Kalorimetre olarak en çok kullanılanlardan biri kalorimetre bombasıdır ve ka-lorimetre bombasının basit bir şekli şekil 9.1’de verilmiştir.

Kalorimetre bombasında, reaksiyonun yürüdüğü reaksiyon odası sabit hacimli bir kaptır.Bu nedenle kalorimetre bombasında ölçülen reaksiyon ısısı (qv), o reaksiyonun iç

enerjisindeki değişmeye (U) eşittir.

Enerji birimi olarak joule (J) veya kalori (cal) kullanılır. Günlük hayatta kalorinin

kullanımı daha çok tercih edilir ve gıda maddelerinin çoğunun etiketlerinde

bu maddelerin enerji değerleri kalori birimi cinsinden verilir. Joule ise SI birim

sisteminde kabul edilmiş enerji birimidir. Kalori ile joule arasındaki ilişki

1 kalori = 4,184 joule

Kalorimetre ile kimyasal reaksiyonların hepsinin ısılarını, yukarıda da ifade edildiği gibi, belirleyebilmek mümkün değildir. Ancak belli özelliklere sahip kimyasal

reaksiyonların reaksiyon ısıları bu yolla ölçülebilir. Kalorimetre ile reaksiyon ısıları

belirlenecek reaksiyonların özellikleri şöyle özetlenebilir:

• Yeterince hızlı olmalıdırlar.

• Reaktantlarının tümü reaksiyona girmelidirler.

Yan ürün(ler) vermemelidirler.

• Ürünleri birbirleriyle veya reaktantlarla tekrar reaksiyona girmemelidirler.

Buradaki ilk özellik kalorimetre için gereklidir. Yavaş yürüyen reaksiyonların

tamamlanmaları uzun zaman aldığından ve en ideal koşullarda bile uzun süreli

bir ölçümde kalorimetre ile çevre arasındaki ısı alış verişinin reaksiyon ısısının ölçümünde

önemli hataya yol açması mümkündür.Diğer özellikler ise bir tek reaksiyonun

reaksiyon ısısını ölçmek için gerekli olan özelliklerdir.Aksi durumda

ölçülen reaksiyon ısısı, birarada yürüyen birkaç reaksiyonun ısısının katkılarından

oluşmuş bir değer olur.

Yukarıda sıralanan özelliklere sahip olan ve reaksiyon ısıları dolayısıyla reaksiyonun

iç enerji değişimleri ve reaksiyon entalpileri kalorimetre ile belirlenen bir kaç

tür kimyasal reaksiyon vardır. Bu reaksiyonların başlıcaları şunlardır:

Yanma reaksiyonları

Hidrojenlendirme reaksiyonları

Nötürleşme reaksiyonları

Çözünme reaksiyonları

Kompleksleşme reaksiyonları

Kalorimetre Çeşitleri 4

Buz kalorimetresi

En basit ısı ölçü birimi, bir kilogram
buzu eritmek için gerekli ısı miktarıdır. Birime dayanan ölçme şeklinde, bir buz kütlesi alınır. İçinde bir oyuk açılır. Mesela belirli bir sıcaklıktaki bir cismin 0°C dereceye inmek için vereceği ısıyı ölçmek için, o cisim bu oyuğa konulur ve üstü bir buz tabakasıyla kapatılır. Konulan cismin sıcaklığı 0°C dereceye bir müddet sonra iner. Sonra meydana gelen su alınarak tartılır. Cismin sıfır dereceye inmek için vereceği ısı su haline geçen buzun erimesi için gerekli olan ısıya eşit olacağından, kilogram cinsinden ölçülen su ağırlığı ısı miktarını verir. Daha sonra Joseph Black tarafından kullanılan bu alet, Pierre Laplace tarafından geliştirilmiştir.Robert W. E. Bunsen ise, bu aleti iki hazneli yaparak daha da pratik hale getirmiştir. İç hazne ısısı ölçülecek cisim için olup, dışta bulunan ve iç hazneyi çeviren haznede buz ve su karışımı bulunur. Dış hazneye bir kapiler boru bağlanmıştır. Ayrıca aleti, dış tesirlerden korumak için bütün dış hazne buz parçacıklarıyla sarılmıştır. Çalışma durumunda dış haznedeki buz ve su karışımı tamamen dengede olup, ne erime ve ne de donma mevcuttur. Isısı ölçülecek cisim, iç hazneye konulduğunda buz-su karışımındaki buzlar erimeğe başlar.

Eriyen buz miktarı bu haznede meydana gelen hacim değişikliğinden ve bu ise eklenmiş bulunan tüpteki seviye değişikliğinden anlaşılır. Bu değerden, cismin sahib olduğu ısıya geçmek mümkündür.

Buhar kalorimetresi

Bir kilogram buharın yoğunlaşıp aynı sıcaklıkta su haline dönüşürken verdiği ısı da, başka bir ısı birimi olarak tarif edilir. Bugünkü durumuna fizikçi John Joly‘in çalışmalarıyla gelmiştir. Hassas bir terazinin bir kefesine sahip olduğu sıcaklığı ölçülecek cisim konur. Cismin sıcaklığı kendisini saran buharın sıcaklığına çıkarken, buharın bir kısmı cisim üzerinde yoğunlaşır. Daha sonra cisim tartılarak yoğunlaşmış olan buharın ağırlığı bulunur. Bu kadar buharın yoğunlaşması için gerekli olan ısı miktarı, cismin bulunduğu sıcaklıktan, buharın sıcaklığına gelmesi için gerekli olan ısı miktarına eşit olacaktır

Kab kalorimetresi

Değişik bir ısı birimi de, belirli bir su kütlesinin sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli olan ısı miktarı olarak tarif edilir. Bu birim oldukça yaygın olarak kullanılır. Yaklaşık olarak mesela, bir kilogram suyu 32°C’den 33°C’ye çıkarmak için gerekli olan ısı miktarı 99°C’den 100°C’ye çıkarmak için gerekli olana eşittir. Ancak daha kesin bir tarif yapmak için bu bir kilogram suyu, 15°C’den 16°C’ye çıkarmak için gerekli olan ısı miktarı olarak tarif edilir ve kilokalori olarak isimlendirilir. Bu birim sisteminde başka bir birim de Joule‘dür ve bu saniyede bir watta veya 107 erge eşdeğerdir. Diğer benzer bir birim de, 1 pound (0,454 kg)luk suyun 59°F‘den 60°F’ye çıkarmak için gerekli olan ısı miktarı olarak tarif edilir ve BTU – British Thermal Unit olarak isimlendirilir. Bu birimle bir cismin sahip olduğu ısıyı ölçmek için dışarıya karşı tamamen yalıtılmış kapta bulunan suya atılır. Suyun sıcaklığındaki artma ölçülür. Buradan ısı miktarı hesap edilir. Herhangi bir yakıtın ısı kapasitesini bulmak için yakıt, hava geçirmeyen, içinde bol oksijen bulunan bir kaba konulur. Bu kap su ile çevrilmiş olup, suyun sıcaklığındaki yükselme ölçülerek ısı miktarı hesap edilir.

Elektromagnetik Kalorimetre

    Elektromagnetik kalorimetre amacı elektron,pozitron ve fotonlar tarafından taşınan enerjiyi ölçmektedir.Elektromagnetik kalorimetreler ince( yaklaşık 15mm) kurşun levhalar ve aralarında yerleştirilmiş sintilasyon kristallerinden oluşur.

Hidrolik Kalorimetre

    Elektromagnetik kalorimetrede oluşan sağanağa kıyasla hidrolik kalorimetredeki sağanak daha karmaşıktır.Bu durum irokostik hidronik etkileşmeler sonucu çeşitli parçacıkların sağanak oluşturmasından dolayıdır.Proton,nötron,pion ve diğer mezonların enerjileri hidrolik kalorimetreler tarafından ölçülür.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir