Informazioni su questo esperimento
Aggiungi un solido a un calorimetro a bicchiere da caffè e confronta il riscaldamento con il raffreddamento. Lo strumento collega il progresso della dissoluzione a una temperatura misurata, invece di trattare la temperatura stessa come calore. Varia l’agitazione, la capacità termica del bicchiere e lo scambio termico per vedere perché una lettura tardiva del termometro può non rilevare la variazione di temperatura adiabatica.
Obiettivi di apprendimento
- Distingui tra dissoluzione esotermica ed endotermica.
- Calcola il calore immagazzinato sia nella soluzione sia nel calorimetro.
- Considera lo scambio di calore con l’ambiente durante una misurazione della temperatura in funzione del tempo.
Come si usa
- 1Aggiungi cloruro di calcio anidro e registra la curva iniziale di riscaldamento.
- 2Ripeti l’esperimento con cloruro di ammonio e confronta il segno della variazione di temperatura.
- 3Imposta a zero il trasferimento di calore con l’ambiente e confronta la temperatura finale con la previsione adiabatica.
- 4Aumenta lo scambio di calore, prolunga l’esperimento e spiega perché la temperatura torna ad avvicinarsi a quella ambiente anche dopo il completamento della dissoluzione.
Il modello
Ipotesi
- Le entalpie di dissoluzione fisse e arrotondate sono −81,3 kJ/mol per il CaCl₂ anidro e +14,8 kJ/mol per NH₄Cl; le masse molari sono 110,98 e 53,49 g/mol. Sono esclusi gli idrati e la dipendenza dalla concentrazione.
- La miscela nel suo insieme ha un calore specifico di 4,18 J/(g·K), a cui si aggiunge la capacità termica del recipiente selezionato. Il liquido e il recipiente condividono una temperatura uniforme e partono dalla temperatura ambiente.
- La frazione disciolta è pari a 1 meno exp(-kt), dove k = 0,025 moltiplicato per (1 più l’impostazione di agitazione) al secondo. Lo scambio termico di Newton utilizza la conduttanza selezionata. La soluzione accoppiata della temperatura è analitica e i segni del trasferimento di calore vengono mantenuti.
Provalo in classe
- Q1Perché la sola variazione di temperatura non è sufficiente per confrontare il calore tra diverse masse d’acqua?
- Q2Perché un processo endotermico può avere un trasferimento di calore negativo verso l’ambiente?
Domande frequenti
Perché lo stesso sale produce variazioni di temperatura diverse con masse d’acqua differenti?
Il calore rilasciato o assorbito viene distribuito su una capacità termica totale diversa.
Perché il trasferimento di calore verso l’ambiente è talvolta negativo?
Quando la dissoluzione endotermica raffredda il recipiente al di sotto della temperatura ambiente, l’ambiente cede calore al recipiente. Il calore con segno che esce dal recipiente è quindi negativo.