Kalorimetrillä

Kalorimetrillä viitataan sekä kalorimetriin eli laitteeseen että siihen menetelmään, jolla mitataan lämmönvaihtoa kemiallisten reaktioiden ja fysikaalisten muutosten yhteydessä. Kalorimetria on lämpöenergian mittaamisen tieteenala, jossa tunnettu massa tai tilavuus sekä järjestelmän kokonaislämpökapasiteetti käytetään lämpöenergian selvittämiseen entalpiamuutoksista.

Periaate: Kalorimetri mittaa järjestelmän aiheuttaman lämpötilanmuutoksen ja muuntaa sen lämpöenergiaksi. Yleisimmät ilmiöt ovat reaktion entalpian muutokset ja faasimuutokset. Lämpöenergia voidaan määrittää suoraan Q = C × ΔT, jossa C on järjestelmän kokonaislämpökapasiteetti sekä ΔT lämpötilan muutos. Isossa kuvassa Q vastaa entalpiamuutosta ΔH, kun mittaukset tehdään oikeassa ympäristössä.

Tyypit: Bomb calorimeter (pommikalorimetri), jossa näyte poltetaan hapessa ja lämpö siirtyy veteen; liuoskalorimetri, jossa reaktio tapahtuu liuoksessa; differentiaalinen skannauskalorimetria DSC, joka seuraa lämpövirtauksia faasimuutoksissa; isothermal titration calorimetry ITC, joka mittaa entalpian muutoksia molekyylien sitoutumisessa.

Käyttökohteet: energiasisällön määrittäminen elintarvikkeille ja polttoaineille; kemiallisten reaktioiden entalpian mittaukset sekä materiaalien lämpöominaisuuksien tutkiminen; fysiologisessa ja kliinisessä tutkimuksessa suoritetaan myös kalorimetria.

Rajoitukset ja käytäntö: mittaukset ovat herkkiä lämpöhäviöille ja ympäristöolosuhteille, siksi kalibrointi ja huolellinen eristys ovat tärkeitä; tulkintaan vaikuttavat näytteen ominaisuudet ja valittu mittausmenetelmä.

Historia: Kalorimetria kehittyi 1700- ja 1800-luvuilla; James Joule osoitti mekaanisen työn ja lämmön yhteyden käyttämällä kalorimetriaa. Nykyään käytetään sekä laboratorio- että teollisuuskalorimetrejä erilaisiin sovelluksiin.