Par John Brennan | Mis à jour le 30 août 2022
Vue d'ensemble
Les calorimètres quantifient le changement de chaleur lors de réactions chimiques ou de transformations physiques, telles que la fonte des glaces. Connaître la constante du calorimètre est essentiel pour convertir les changements de température en valeurs énergétiques et pour interpréter avec précision la thermodynamique des réactions. Ce guide vous présente une méthode pratique et reproductible pour calibrer un simple calorimètre pour tasse à café.
Précautions de sécurité
- Portez une blouse de laboratoire, des lunettes et des gants.
- Ne placez jamais de cheveux, de vêtements ou de matériaux inflammables à proximité d'une flamme nue.
- Manipulez l'eau chaude (≈80 °C) avec précaution pour éviter les brûlures.
Matériaux
- Calorimètre pour tasse à café (deux tasses en polystyrène, couvercle, thermomètre)
- Deux thermomètres numériques ou à mercure
- Brûleur Bunsen, briquet, support à anneau, pince, gaze métallique
- Bécher sec de 150 ml
- Échelle précise à 0,01 g près
- Cylindre gradué
- Logiciel de feuille de calcul (Excel, OpenOffice Calc)
- Calculatrice
- Eau (à température ambiante et chaude)
- Blouse de laboratoire, lunettes, gants
Procédure
- Assemblez le calorimètre. Insérez un gobelet en polystyrène dans l'autre, fixez le couvercle et placez un thermomètre dans le gobelet à travers un petit trou du couvercle.
- Pesez le calorimètre vide. Enregistrez la masse à 0,01 g près.
- Ajoutez 50 mL d'eau froide. Utilisez une éprouvette graduée ; un volume précis n’est pas critique à ce stade. Pesez à nouveau le calorimètre et calculez la masse d'eau à partir de la différence de poids.
- Pesez le bécher. Enregistrez sa masse. Ajoutez 50 mL d'eau, pesez à nouveau et calculez la masse d'eau chaude.
- Faites chauffer l'eau. Placez le bécher sur la toile métallique au-dessus du bec Bunsen, insérez un thermomètre et chauffez doucement à ≈80 °C, en évitant une ébullition rapide.
- Remuez le calorimètre. À l'aide d'une pince, suspendez le deuxième thermomètre dans l'eau froide et remuez pendant quatre minutes. Enregistrez la température toutes les minutes ; la valeur doit être stable.
- Transférer l'eau chaude. À la quatrième minute, éteignez le brûleur, notez la température de l’eau chaude et versez-la dans le calorimètre. Remettez le couvercle et remettez à remuer.
- Enregistrez la température. Mesurez la température du calorimètre toutes les 30 secondes pendant les cinq minutes suivantes.
- Analyser les données. Importez les données de temps et de température dans une feuille de calcul. Tracez les températures de post-mélange (à l'exclusion des points de pré-mélange) et tracez une ligne de tendance linéaire.
- Extrapoler la température finale. Utilisez la ligne de meilleur ajustement pour estimer la température à 5 minutes (Tf).
- Calculez les changements de température.
- Changement d'eau chaude (ΔTh) =température initiale de l'eau chaude – Tf.
- Changement d'eau froide (ΔTc) =Tf – température initiale de l'eau froide.
- Calculez les changements d'énergie.
- Énergie perdue par l'eau chaude :Qh =mh × 4,184Jg⁻¹°C⁻¹ × ΔTh.
- Énergie gagnée par l'eau froide :Qc =mc × 4,184Jg⁻¹°C⁻¹ × ΔTc.
- Déterminez l'énergie du calorimètre. Qcal =Qh – Qc.
- Calculer la constante. Ccal =Qcal /ΔTc. Le résultat, exprimé en J°C⁻¹, est la constante du calorimètre.
Remarques importantes
- La constante doit être positive ; une valeur négative indique une erreur de procédure.
- Répétez l'étalonnage plusieurs fois et faites la moyenne des résultats pour minimiser les erreurs aléatoires.
- Indiquez la moyenne finale ±2σ, où σ est l'écart type des essais.
Références
- Atkins, P. et Jones, L. (2008). Principes chimiques :La quête de la perspicacité, 4e édition .
- Berniolles, S. (2011). Manuel de laboratoire de chimie 7L .