Sommaire
Le flux de chaleur d’un processus chimique ou d’un changement physique est mesuré par un calorimètre.
La technique utilisée pour mesurer cette chaleur est connue sous le nom de calorimétrie.
Un calorimètre classique est constitué d’un récipient d’eau en métal placé au-dessus d’une chambre de combustion, où un thermomètre est utilisé pour mesurer le changement de température de l’eau.
Il existe cependant d’autres variétés de calorimètres plus sophistiqués.
L’idée fondamentale est que la chaleur de la chambre de combustion entraîne une augmentation sensible de la température de l’eau.
Lorsque les composés A et B réagissent, le changement d’enthalpie par mole de la substance A peut être calculé à l’aide du changement de température.
L’équation utilisée est la suivante :
q = Cv(Tf – Ti )
où :
q est la quantité de chaleur en joules
Cv est la capacité thermique du calorimètre en joules par Kelvin (J/K)
Tf et Ti sont les températures initiale et finale.Historique du calorimètre
La théorie de la chaleur latente de Joseph Black, proposée pour la première fois en 1761, a servi de base aux premiers calorimètres à glace.
Antoine Lavoisier a inventé le terme calorimètre en 1780 pour décrire l’appareil qu’il utilisait pour mesurer la chaleur de la respiration des cobayes utilisée pour faire fondre la neige. Les calorimètres à glace ont été utilisés dans les expériences de Lavoisier et Pierre-Simon Laplace en 1782 pour mesurer la chaleur produite par les réactions chimiques en utilisant la chaleur nécessaire pour faire fondre la glace.
Types de calorimètres
Les premiers calorimètres à glace ne sont plus les seuls types de calorimètres.
Un calorimètre adiabatique perd toujours un peu de chaleur dans le récipient, mais pour tenir compte de cette perte, un facteur de correction est ajouté au calcul.
La recherche sur les réactions à emballement fait appel à ce type de calorimètre.
Dans un calorimètre à réaction, la réaction chimique a lieu à l’intérieur d’un récipient isolé et hermétiquement fermé.
Pour déterminer la chaleur de la réaction, on mesure le flux de chaleur en fonction du temps.
Cette méthode est utilisée pour déterminer la quantité maximale de chaleur émise par un processus ou pour les réactions qui sont censées se dérouler à une température constante.
Les calorimètres à bombes sont des calorimètres à volume constant conçus pour résister à la pression créée par la réaction lorsqu’elle chauffe l’air à l’intérieur du récipient.
La chaleur de combustion est calculée à partir du changement de température de l’eau.
Calorimètre de type Calvet : Ce type de calorimètre est basé sur un capteur fluxmètre tridimensionnel composé d’anneaux de thermocouples reliés en série.
Avec ce type de calorimètre, des échantillons et des récipients de réaction plus grands peuvent être utilisés sans compromettre la précision de la mesure.
Le calorimètre C80 est une illustration d’un calorimètre de type Calvet.
Le changement d’enthalpie d’une réaction en solution est mesuré par un calorimètre à pression constante sous une pression atmosphérique stable.
Le compteur de calories d’une tasse à café est une illustration typique de ce type d’appareil.
