Pedagogiskt syfte
Begreppet entalpi och dess koppling till energi är mycket abstrakt, och kan vara svårt för eleverna att förstå. Genom detta enkla experiment kan elever se hur kemisk energi överförs till värmeenergi, och därmed få en bättre förståelse för vad förbränningsentalpi innebär.
Detta behövs
Kemikalier
- Etanol (T-röd funkar, men använd hellre teknisk sprit, 95%)
- Avjonat vatten, cirka 100ml
Annan materiel
- Spritbrännare + tändstickor
- E-kolv, 250ml
- Stativ med klämmare och muff
- Våg
- Termometer
Gör såhär
- Fyll spritbrännaren med etanol och väg den så noggrant som möjligt.
- Ställ E-kolven på vågen och tarera den. Häll cirka 100 ml avjonat vatten i E-kolven och notera vattnets massa.
- Montera E-kolven i stativet så att den hamnar några centimeter ovanför spritbrännaren.
- Sätt ner termometern i E-kolven och läs av temperaturen.
- Tänd spritbrännaren och värm vattnet tills temperaturen stigit cirka 30 °C.
- Släck brännaren och montera av E-kolven.
- Blanda runt vattnet i E-kolven så att värmen fördelar sig jämnt i vattnet. Läs av temperaturen igen.
- Väg spritbrännaren igen och beräkna först hur stor massa och sedan hur stor substansmängd etanol som förbränts.
- Den värmemängd som tagits upp av vattnet ges av formeln \(q = Cm \Delta T\), där \(C\) är vattnets värmekapacitet (4,18\(\frac {\mathrm{J}}{\mathrm{g}\cdot\mathrm{K}}\)), \(m\) är lösningens massa och \(\Delta T\) är ökningen i temperatur.
- Den värmemängd som överförts till vattnet kommer i sin helhet från förbränningen av etanol. Därmed kan förbränningsentalpin för etanol beräknas: \(\Delta H^0_\mathrm{c, etanol} = -\frac {q}{n_\mathrm{etanol}}\).
- Jämför med tabellvärdet på etanolens förbränningsentalpi, \(-1,37 \cdot 10^3 \mathrm{kJ/mol}\).
T-röd innehåller cirka 75 % etanol, 20 % propanol och 5 % andra organiska lösningsmedel.
Diskutera med eleverna!
- Vad händer med avseende på bindningar och energi när etanolen förbränns?
- Varför skiljer sig det uppmätta värdet från tabellvärdet (det bör vara avsevärt lägre)?
- Främst: Stora värmeförluster sker.
- Sotande låga (förbränningen är ofullständig).
- Vilka svagheter i metoden leder till att det uppmätta värdet blir för lågt?
- Vad skulle man kunna göra för att komma närmare det sanna värdet?
- Man skulle kunna använda en bombkalorimeter istället.
- Förbränningen skulle kunna vara fullständig.
Riskanalys
Demonstrationen är måttligt riskfylld. Etanolen är brandfarlig och kommer att förbrännas i öppen låga. Ge akt på var brandsläckare och brandfilt finns. Labbrock ska bäras, och eventuellt långt hår sättas upp för att minska skaderisken.
