Les chimistes ont souvent besoin de savoir quelle quantité d'énergie thermique dégage ou absorbe une réaction particulière. Cette mesure les aide à mieux comprendre pourquoi la réaction se produit et les aide à faire des prédictions utiles. Les calorimètres sont des instruments qui mesurent la quantité de chaleur dégagée ou absorbée par le contenu au cours d'une réaction. Il est facile de faire un simple calorimètre, mais les instruments utilisés dans les laboratoires sont généralement plus précis.

TL, DR (trop long, pas lu)

Les calorimètres permettent de mesurer la quantité de chauffer dans une réaction. Leurs principales limites sont la perte de chaleur dans l'environnement et le chauffage irrégulier.

Les fonctions d'un calorimètre

Fondamentalement, un calorimètre mesure la variation de température du calorimètre et de son contenu. Après l'étalonnage du calorimètre, le chimiste aura déjà un nombre appelé la constante du calorimètre, qui montre à quel point la température du calorimètre varie en fonction de la quantité de chaleur ajoutée. En utilisant cette information et la masse des réactifs, le chimiste peut déterminer combien de chaleur est libérée ou absorbée. Il est important que le calorimètre minimise le taux de perte de chaleur à l'extérieur, car une perte de chaleur rapide dans l'air ambiant fausserait les résultats.

Différents types de calorimètres

Il est facile de faire un simple calorimètre vous-même. Vous avez besoin de deux tasses à café en polystyrène, d'un thermomètre ou d'un couvercle. Ce calorimètre à tasse de café est étonnamment fiable et est donc une caractéristique commune des laboratoires de chimie de premier cycle. Les laboratoires de chimie physique ont des instruments plus sophistiqués tels que les "calorimètres à bombe". Dans ces dispositifs, les réactifs sont dans une chambre scellée appelée la bombe. Après une étincelle électrique, le changement de température aide à déterminer la chaleur perdue ou gagnée.

Calibration d'un calorimètre

Pour calibrer un calorimètre, vous pouvez utiliser un procédé qui transfère une quantité connue de la chaleur comme la mesure de la température de certaines eaux chaudes et froides. Par exemple, vous pouvez mélanger de l'eau froide et de l'eau chaude dans votre calorimètre à café. Ensuite, vous mesurez la température dans le temps et utilisez la régression linéaire pour calculer la «température finale» du calorimètre et de son contenu. En soustrayant la chaleur gagnée par l'eau froide de la chaleur perdue par l'eau chaude, on obtient la chaleur gagnée par le calorimètre. La division de ce chiffre par le changement de température du calorimètre donne son calorimètre constant, que vous pouvez utiliser dans d'autres expériences.

Limites de la calorimétrie

Aucun calorimètre n'est parfait car il peut perdre de la chaleur dans son environnement . Bien que les calorimètres à bombe dans les laboratoires ont une isolation pour minimiser ces pertes, il est impossible d'arrêter toute perte de chaleur. De plus, les réactifs dans le calorimètre peuvent ne pas être bien mélangés, ce qui entraîne un échauffement irrégulier et une autre source possible d'erreur dans vos mesures. En dehors des sources d'erreur possibles, une autre limite concerne les réactions peut étudier. Par exemple, vous voudrez peut-être savoir comment la décomposition du TNT libère de la chaleur. Ce genre de réaction serait impossible à étudier dans un calorimètre à tasse de café et pourrait même ne pas être pratique dans un calorimètre à bombe. En variante, une réaction peut avoir lieu très lentement, comme l'oxydation du fer pour former de la rouille. Ce type de réaction serait très difficile à étudier avec un calorimètre.