化学・熱化学/原理と探求
簡易熱量計の解説
反応からの熱を溶液の温度上昇と推定するときは、熱量計が受けた熱と周囲に出た熱も考慮する必要があります。反応モル数・溶液質量・熱量計 熱容量・冷却損失を変えてみてください。観測された最高温度と冷却曲線で補正した値を比較する活動です。
どのような原理？
熱損失は観測温度上昇を減らします。冷却曲線外挿は損失を近似補正しますが、異常値と残差が残ります。
重要な関係
−nΔH = (m·c + Ccal)ΔT
観察してみよう
- 20℃で始まり、20秒間一定に発熱し、120秒まで観察します。損失をオンにすると発熱中や後に周囲に熱が出ます。
- 同じ反応を損失なし・有りと記録し、観測最高・外挿補正温度と異常値を比較します。
- モル数または熱量計の熱容量を1つだけ変更して、温度変化を比較します。
結果を読み解く
溶液と熱量計の総熱容量は？
反応熱を溶液と容器を一緒に受けます。 q溶液=−nΔH=(mc+Ccal)ΔTであり、反応のqと符号が逆です。
モデルの仮定と限界
仮想発熱反応です。 c=4.18J/(g・K)、周辺・初期20°C、反応時間20s、完全混合・一定発熱率を仮定します。損失はdT/dt=q̇/C−0.020(T−20)のニュートン冷却です。冷却曲線を反応中10秒に戻した温度を外挿補正最高温度で表示します。この近似値は実際の最高温度ではなく、実際の反応速度・蒸発・温度計遅延は除外します。