MISURE CALORIMETRICHE
A PRESSIONE COSTANTE
Il calore di soluzione di una sostanza (es. KNO3) può essere determinato utilizzando un calorimetro a
pressione costante costituito da un dewar introdotto in un recipiente termicamente isolato con l'esterno.
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La sostanza di cui si vuole determinare il calore di soluzione viene introdotta in una capsula di vetro con
un tappo di teflon, mentre il solvente (es. H2O), viene introdotto direttamente nel dewar.
Per far avvenire la reazione bisogna spingere delicatamente verso il basso una bacchetta di vetro che,
rimuovendo il tappo, farà sì che la sostanza vada in contato con il solvente.
Avendo operato a P costante
Qp= ∆Η
∆Η = -Ccal ∆T
Nota la capacità termica del calorimetro sarà sufficiente misurare la variazione di T per ricavare il calore
di soluzione della sostanza.
DETERMINAZIONE DI Ccal
Per ricavare la capacità termica del calorimetro si possono usare due vie:
a)Si fa reagire una quantità nota di sostanza e si ricava Ccal dalla seguente relazione
Ccal = - ∆Ηnoto / ∆T
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b) Si fa passare su una resistenza R una corrente di intensità costante I per un certo tempo t. Avremo che
Q=i2 R t e Ccal = Q/∆T
Nel nostro caso utilizzeremo il primo metodo facendo reagire del (HOCH2) (TRIS Hydroxymethyl
Aminomethane) con dell'HCL.
DETERMINAZIONE DEL CALORE DI SOLUZIONE DI UNA SOSTANZA (es. KNO3)
Si esegue di nuovo tutta la procedura utilizzata per determinare la capacità termica del calorimetro,
facendo reagire però questa volta circa 0,7 grammi di KNO3 con 100 grammi di H2O distillata.
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misura temperatura
DETERMINAZIONE DI ∆T.
Nel caso di un calorimetro perfettamente adiabatico non vi sono perdite di calore; inoltre se si trascura anche il contributo di calore dovuto all'agitatore,
∆T deve essere dovuto solo al calore della reazione che avviene nel calorimetro. In questo caso
∆T = T1 - T0
In pratica intervengono due fenomeni che alterano la forma del grafico secondo la seguente figura:
I due tratti iniziali e finali non sono più orizzontali ovvero dT/dt <>0.
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misura temperatura
Tutto ciò è dovuto ai seguenti due fenomeni:
● immissione di calore costante dovuto all'agitazione continua della soluzione
● perdita di calore dovuto all'utilizzazione di un calorimetro non perfettamente adiabatico.
Per determinare ∆T è necessario tenere conto di tali fenomeni; pertanto consideriamo la seguente figura, che riporta l'andamento della temperatura in
funzione del tempo. Un grafico simile può essere ottenuto rappresentando i dati ottenuti sperimentalmente in laboratorio
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misura temperatura
L'andamento della temperatura in funzione di T può essere suddiviso in 3 parti:
● tratto iniziale A dovuto all'aumento di T derivante dalla agitazione continua della soluzione
● tratto intermedio B , compreso tra il tempo ti e il tempo tf , dovuto all'aumento di T derivante dal calore sviluppato dalla reazione di combustione
(si avrà una diminuzione di T nel caso di reazioni endotermiche)
● tratto finale C in cui l'aumento di T è dovuto ancora all'agitatore.
Il valore di ∆T corretto può essere letto sul grafico operando nel seguente modo:
1. Si leggono le temperature Ti e Tf corrispondenti ai tempi ti e tf
2. Con i minimi quadrati si calcolano le equazioni delle due rette corrispondenti al tratto iniziale e finale.
3. Dal grafico si ricava il tempo td corrispondente alla temperatura ottenuta mediante la formula Ti +0,632(Tf - Ti).
4. ∆T sarà dato dal segmento DT corrispondente al tempo td e compreso tra le due rette tratteggiate ottenute estrapolando i dati relativi ai due tratti
iniziale e finale.
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DETERMINAZIONE CAPACITA' TERMICA DEL CALORIMETRO A P COSTANTE
Per determinare la capacità termica del calorimetro si sfrutta il calore svolto facendo reagire 0,50 +-0,01g
di (HOCH2)3CHNH2 (TRIS Hydroxylmethyl Aminomethane) con 100 cc di HCl 0,1N. Il calore
assorbito durante tale processo è 58,75 +-0,12 calorie per grammo di TRIS a 25 0C.
● Si pesano circa 0,50 g di TRIS depositandoli nel dischetto di Teflon.
● Si sgocciolano con una buretta 100 cc di HCl 0,1N nel dewar.
● Si introduce con delicatezza il dewar nel calorimetro.
● Si immerge il portacampione nella soluzione acida e si introduce il termistore.
● Si collega il motore all'agitatore con la cinghia.
● Con il pannello comandi del controllore di temperatura si eseguono i seguenti comandi:
❍ * 124 ENTER temperatura attuale (solo la parte intera) ENTER
❍ *122 ENTER 10 ENTER
❍ *120 ENTER 1 ENTER
❍ *101 ENTER 1 ENTER
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Una volta eseguiti i suddetti comandi il display visualizzerà una differenza di temperatura che deve
essere compresa tra 0.5 e 1, altrimenti bisogna modificare la temperatura ripetendo il primo
comando. Inoltre l'agitatore inizierà a ruotare. Per arrestarlo in qualsiasi momento basterà digitare
il comando *101 ENTER 2 ENTER.
Si accende il computer, dopo aver inserito il dischetto CALORIMETRO. Al comparire del menù
principale (denominato scrivania GEM, corrispondente al WINDOWS), si accende il multimetro.
Su di esso deve essere visualizzato lo stesso valore riportato sul display del controllore di
temperatura che sarà espresso in volt (o in mV).
Si fa due volte clic sull'icona A in alto a sinistra e, al comparire dell'elenco dei file, si clicca su
GFABASIC.PRG. Al comparire del menù del GFA BASIC, si preme il tasto funzione F1 e si
carica il programma CALORIM1.GFA. Poi si estrae il dischetto e si inserisce quello utilizzato per
memorizzare i dati dell'esperienza.
Si fa clic su RUN. Comparirà un menù in alto. Per far partire l'acquisizione, si porta il mouse sul
menù FILE, si sceglie il tipo di calorimetro e si risponde alle successive domande con un clic del
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mouse.
Una volta avviata l'acquisizione, la temperatura verrà riportata in grafico in funzione del tempo.
N.B. Dato che il multimetro digitale continua a trasmettere i dati senza nessun controllo da parte
del computer, a volte alcuni dati vengono interpretati male. Sarà quindi necessario ricontrollarli e
modificarli con un editor.
Si misura la temperatura per circa un minuto prima di far avvenire la reazione. In questo modo
vengono acquisiti i dati relativi al tratto iniziale (circa 10 -15 letture).
Si preme delicatamente verso il basso la bacchetta di vetro in modo da far uscire la sostanza dal
dischetto e farla reagire con la soluzione.Si continua ad acquisire i dati sino a che la temperatura
non aumenta (o non diminuisce ) più. Sono stati così letti i dati relativi alla fase intermedia.
Si continua a rilevare la temperatura ancora per un minuto circa (10-15 letture), dopodichè si
arresta il processo tenendo premuto il pulsante destro del mouse sino a che non ricompare in alto il
menù.
Una volta terminata l'acquisizione si possono seguire le seguenti due vie:
❍ stampare i dati su carta accendendo la stampante e facendo clic sulla voce STAMPA I DATI
del menù FILE
❍ salvare i dati su dischetto in formato LOTUS, selezionando la voce SALVA I DATI del
menù FILE.
Si esegue il comando *101 ENTER 2 ENTER per far arrestare l'agitatore.
Si toglie il coperchio dal calorimetro, si estrae il termometro e, con estrema attenzione, il dewar e
il portacampioni.
Si toglie il tappo e si pulisce con cura il portacampioni.
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