全自動量熱反應(yīng)釜|量熱儀

原理：

量熱法是測量各種過程中所涉及的熱量和熱容量（例如，化學(xué)反應(yīng)熱、相變潛熱等）的方法。實際測量中，大多數(shù)情況是測量系統(tǒng)吸收熱量后溫度的變化。常溫下的測量用等溫量熱計或非等溫量熱計。測量溫度不同的物體相互接觸時吸收或放出的熱量，用非等溫量熱計量出其溫度變化的數(shù)值。

根據(jù)熱力學(xué)*定律，系統(tǒng)中內(nèi)能的變化等于對外界所做的功，在恒容條件下，其絕熱功為ΔU=QV；在恒壓條件下，ΔH=QP。系統(tǒng)的內(nèi)能U和焓H都是不可能測定的量，但是系統(tǒng)從狀態(tài)1到狀態(tài)2之間的內(nèi)能差ΔU和焓差ΔH可以用量熱的方法測得。

量熱是使欲測定的反應(yīng)在熱容量已知的儀器-量熱計中進行，從反應(yīng)過程中量熱計溫度的變化來量度反應(yīng)的熱效應(yīng)，即將熱當量K乘以溫度變化值，由此就可直接得出反應(yīng)的熱效應(yīng)（Q=KΔt）。因此，要測量的量是實驗過程中溫度的變化Δt和量熱計的熱當量K，另外還需要準確地確定參加反應(yīng)的物質(zhì)的數(shù)量和狀態(tài)。

測定放熱反應(yīng)熱原理示意圖

近代量熱方法的基本原理，主要是在一個量熱計內(nèi)，將一定量物質(zhì)在化學(xué)變化或物理變化中所吸收或放出的熱量，與一定量電能或已知反應(yīng)放出的熱量相比較，此原理可用上圖來說明。圖中A代表量熱計的初態(tài)，溫度為tA。B代表量熱計的末態(tài)，溫度為tB。設(shè)一反應(yīng)為放熱反應(yīng)，當一定量物質(zhì)在量熱計內(nèi)反應(yīng)后，量熱計的溫度由初態(tài)tA升至末態(tài)tB，放出熱量為Q，則：

因為近代電能測量能夠達到很高程度的準確性，為了測定量熱計熱當量尺，在同一量熱計中輸入一定量的電能Qe使量熱計溫度由同一初態(tài)tA升到同一末態(tài)tB。

上述量熱原理，同樣適用于吸熱反應(yīng)，此時，只是在反應(yīng)進行時不斷輸送一定量電能，使量熱計的溫度始終保持不變。則當反應(yīng)完了后，所輸入的電能就等于反應(yīng)吸收的熱量，其原理如下所示： [2]

量熱法原理

研究方向：

直接測定恒容過程熱效應(yīng)QV（ΔU）和恒壓過程熱效應(yīng)QP（ΔH）的實驗方法稱為量熱法。量熱法是熱力學(xué)實驗中的一個基本方法。通常能直接測定的熱效應(yīng)，有物質(zhì)的熱容、溶解熱、稀釋熱、中和熱和燃燒熱等，測定這些熱效應(yīng)，還可求算某些化合物的生成焓。物質(zhì)變化過程中的熱量值，在化工設(shè)計和生產(chǎn)實際中都有重要意義，熱效應(yīng)的數(shù)據(jù)常用于計算平衡常數(shù)和其他熱力學(xué)量。熱力學(xué)*定律是量熱測定的基礎(chǔ)，熱量測量的設(shè)計原理是：在絕熱條件下，將被測物質(zhì)置于某一量熱體系中進行反應(yīng)，它的熱效應(yīng)使體系的溫度升高或降低，測量反應(yīng)前后溫度的變化△丁及體系的熱容C，根據(jù)熱力學(xué)*定律即可計算反應(yīng)的熱效應(yīng)。

量熱法所研究的對象，是在具體過程中所發(fā)生的能量變化，它通常以熱的形式存在。熱是人們從遠古以來就常見的現(xiàn)象，但是對于熱的本質(zhì)，直到1840年左右還沒有弄明白。十八世紀末葉，大多數(shù)科學(xué)家接受了熱質(zhì)論。熱質(zhì)論將熱看作一種假想流體，在熱傳導(dǎo)過程中，它由熱物體流向冷物體，由熱物體失去的熱質(zhì)的量等于冷物體獲得的量。這種理論認為熱質(zhì)的總量在所有過程中守恒，因而當物體在高溫時所含的熱比冷卻下來后所含的熱要多。英國科學(xué)家Joule在1840年進行了一系列有關(guān)熱-功轉(zhuǎn)化的實驗，證明物體由于受熱面發(fā)生的變化，在沒有熱量傳遞的情況下通過對物體作機械功也同樣能發(fā)生。典型的實驗便是對液體用攪拌的方法，使機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，也可使液體的溫度升高，此過程中并沒有熱質(zhì)流入液體。Jouler的實驗結(jié)果宣告了熱質(zhì)論的破產(chǎn)，證明了熱與功一樣，都是能量的一種形式。熱和功是可以相互轉(zhuǎn)換的，并測定出熱—功當量的具體數(shù)值。在焦耳工作的基礎(chǔ)上，德國科學(xué)家Helmhohz于1847年*明確地提出能量守恒原理，即熱力學(xué)*定律。

熱力學(xué)*定律的建立使人們對于熱的本質(zhì)具有更清晰、更正確的認識。根據(jù)熱力學(xué)*定律，熱是當不同物體之間因有溫度的差別而進行交換或傳遞的能量，只有當存在溫度差時，才有熱的傳遞。如果物體之間溫度相等，則沒有熱量的傳遞，熱只在被傳遞的過程中存在，因而熱是一種過程量。一個物體在熱的時候比在冷的時候具有更多的能量，而不能說具有更多的熱量。

被研究的系統(tǒng)若經(jīng)歷了某一過程，從一種狀態(tài)（始態(tài)）變化到另一種狀態(tài)（末態(tài)），系統(tǒng)與周圍環(huán)境之間多少都有能量的交換，使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化。系統(tǒng)與環(huán)境之間所交換的能量，有熱（因溫差的存在而傳遞的能量）和功（其他途徑所傳遞的能量）兩種形式。而熱量計則是用來測量這種能量變化的儀器。

熱量計于十九世紀末已經(jīng)開始得到應(yīng)用。它是研究各種過程中能量變化的有效手段，熱量計在科學(xué)研究及工業(yè)應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用，而且，其本身也正在不斷地改進和完善，在熱量計的發(fā)展過程中，采用了許多先進的現(xiàn)代技術(shù)，使其變得更精確、更靈敏，應(yīng)用范圍更廣泛。

四種不同的類型：

1. 等溫熱量計，即在測量時，量熱腔與環(huán)境的溫度保持不變，相變熱量計是典型的等溫熱量計；

2. 具有恒定溫度環(huán)境的熱量計，這種熱量計的量熱腔與環(huán)境之間具有良好的隔熱層，但或多或少有“熱漏"存在。一般的反應(yīng)熱量計、彈式熱量計等均屬于這類熱量計：

3. 熱導(dǎo)式熱量計，在進行測量時，這類熱量汁的溫度變化很小，且反應(yīng)前后溫度相等，因而基本上可以認為熱導(dǎo)式熱量計是在等溫條件下進行測定的；

4. 掃描式熱量計，其環(huán)境與系統(tǒng)的溫度隨時間按事先規(guī)定的程序而變，如恒速升溫等，其量熱系統(tǒng)由被測體系和參考體系組成，各種熱分析儀均屬于這類熱量計。

技術(shù)參數(shù)：
通過選配組件可以實現(xiàn)以下功能：
█ 反應(yīng)體系熱流動量熱分析，熱平衡量熱可選。
█ 自動加料控制，液體及氣體
█ 自動PH值控制，曲線控制或者恒值控制
█ 自動溫度控制，等溫控制以及曲線控制，采用德國huber及julabo油浴實現(xiàn)溫度控制。
█ 攪拌轉(zhuǎn)速控制，可實現(xiàn)扭矩測量，從而表征反應(yīng)體系粘度變化狀況
█ 反應(yīng)釜壓力、真空控制
█ 釜蓋加熱控制，防止產(chǎn)物在釜蓋上凝結(jié)，保證實驗的準確性
█蒸餾回流控制
█通過采用獨立的用戶名以及密碼可以有效保證實驗的安全

全自動量熱反應(yīng)釜|量熱儀

應(yīng)用

編輯

數(shù)據(jù)的測定

純物質(zhì)熱力學(xué)數(shù)據(jù)的測定是量熱法重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。用量熱法測定在298.16K和標準壓力下各種化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，便可得到物質(zhì)的標準生成焓。通過測定等容和等壓過程的熱效應(yīng)，可獲得物質(zhì)的內(nèi)能和焓的變化值。對純物質(zhì)，用量熱法測定其從低溫到高溫各溫度范圍內(nèi)的比熱容Cp，以及在各相變點的可逆相變潛熱，便可由熱力學(xué)第三定律直接求出純物質(zhì)的規(guī)定熵，這樣由量熱法求得的熵也稱為量熱熵，由物質(zhì)的規(guī)定焓和規(guī)定熵的數(shù)值，就可以獲得純物質(zhì)的規(guī)定Gibbs自由能。在用量熱法測定物質(zhì)的規(guī)定熵時，低溫度可測至幾K的低溫。更低溫度范圍內(nèi)的熱力學(xué)函數(shù)值通常可由Debge比熱公式計算求出。

各種物質(zhì)的比熱容、相變潛熱和諸如稀釋、溶解、混合及吸附等物理過程的熱效應(yīng)，基本上是用量熱法測定的，這些物性數(shù)據(jù)，已被制成各種各樣的表格，供人們查閱使用。這些基本的數(shù)據(jù)不論對于科學(xué)研究還是工業(yè)生產(chǎn)都是*的，在化工、冶金等工業(yè)領(lǐng)域，在建立任何一套生產(chǎn)裝置之前，都必須進行工程設(shè)計，而設(shè)計基本、初的程序是要對整個工藝流程進行仔細的物料衡算和能量衡算，物料與能量的衡算正確與否，對于整個工程設(shè)計的成敗是至關(guān)重要的。在進行能量衡算時，則需要有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的焓變、原料及產(chǎn)物的比熱容、相變潛熱等等各類數(shù)據(jù)。在選擇工藝流程、確定生產(chǎn)操作指標、估算生產(chǎn)大產(chǎn)率等方面，物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)都是很重要的。

量熱法在工業(yè)方面的另一重要用途是測定各種能源原料的發(fā)熱量，這些原料有：原油及天然氣、各不同產(chǎn)地的煤，石油工業(yè)的系列產(chǎn)品如汽油、煤油、柴油、液化石油氣及其他燃料等。燃料產(chǎn)品發(fā)熱值的大小是鑒定原料質(zhì)量高低或判定產(chǎn)品是否合格的重要依據(jù)。出售燃料產(chǎn)品的廠商須對其產(chǎn)品的發(fā)熱值給出低保證值，因此，在燃料工業(yè)上廣泛地采用熱量計來測定產(chǎn)品的發(fā)熱量，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

隨著人們生活水平的提高，對自身攝入的營養(yǎng)愈來愈講究，為了保持人體處于良好的能量平衡狀態(tài)，必須對所攝入食物的能量作準確的計算。因此，量熱法已廣泛用來測量各種食物的發(fā)熱值。人們便依據(jù)這些數(shù)據(jù)制定食譜以保證每天攝入適當?shù)哪芰?。同樣，在畜牧場?nèi)，也依據(jù)這些數(shù)據(jù)為家畜配制飼料。用量熱法研究易爆易燃等危險化學(xué)品的性質(zhì)，對如何安全的處理和運輸這些化學(xué)品是十分重要的。

熱分析熱滴定

掃描式熱量計，特別是熱分析儀器的應(yīng)用領(lǐng)域已遠遠超出量熱的范圍，在動力學(xué)和測定物質(zhì)理化性質(zhì)方面，已得到廣泛的應(yīng)用。

應(yīng)用差熱分析熱譜曲線，可鑒定各種物質(zhì)，不論是無機物還是有機物，都具有特征的DTA曲線，它們像“指紋"一樣表征物質(zhì)的特性，目前已出版了各種化合物的標準熱分析曲線圖譜集，以便于鑒別礦物、無機物、有機物及高聚物等化合物。

應(yīng)用DTA和DSC可測定固體及液體的比熱容、液-固及氣-液等一級相變的相變溫度和相變熱以及各類二級相變?nèi)绻虘B(tài)晶形轉(zhuǎn)變、磁性轉(zhuǎn)變和玻璃化轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變溫度等。

礦物、無機鹽類以及有機化合物在高溫下會發(fā)生分解，將TDA、DSC和TG法聯(lián)用，可以對化合物熱分解反應(yīng)的溫度、產(chǎn)物、分解速率、反應(yīng)活化能和反應(yīng)機理進行測定和分析。Freeman和Caroll于1958年提出了從熱重曲線求反應(yīng)級數(shù)和活化能的方法，后來，Sharp和Doyle等人也提出各自的處理方法。

熱分析很早就應(yīng)用于金屬學(xué)領(lǐng)域，用來測定金屬熔點等，現(xiàn)在，它已成為研究合金相圖的主要手段，用熱分析法除可獲得平衡相圖所需的各種數(shù)據(jù)（如步冷曲線）外，還可得到合金的熱力學(xué)數(shù)據(jù)、判斷亞穩(wěn)相存在與否以及決定亞穩(wěn)相的溶解度曲線，

晶體的熔點是很敏銳的，當晶體中摻有少量雜質(zhì)以后，其熔點范圍會明顯擴大，使得DSC熱譜曲線上的相變吸熱峰的寬度和高度發(fā)生明顯的改變，利用這一特點，用DSC法可鑒定化合物的純度，這種方法操作簡便，速度快，用量少，它已成為鑒定有機化合物較有效的方法。

熱滴定也稱為溫度滴定、熱焓滴定等，所采用的手段是滴定熱量計?；瘜W(xué)分析所涉及的酸堿反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)和配合反應(yīng)等，均伴隨有一定的熱效應(yīng)，當反應(yīng)一開始，便有熱量產(chǎn)生，當反應(yīng)終止時，熱效應(yīng)也隨著結(jié)束。滴定熱量計的感溫元件（熱效電阻）熱容很小，能對溫度的變化作出迅速響應(yīng)，因而量熱滴定可用作化學(xué)分析的有效手段，并在冶金、煤炭、造紙、制藥和生物制品等工業(yè)方面得到應(yīng)用。有些化學(xué)反應(yīng)由于平衡常數(shù)的限制，在量熱滴定中反應(yīng)不能*進行到底，這時，從反應(yīng)的熱譜曲線中，不僅可獲得有關(guān)反應(yīng)焓的信息，還可得到有關(guān)熵變及反應(yīng)平衡常數(shù)的信息。

生物學(xué)應(yīng)用

生物體內(nèi)所發(fā)生的過程往往不但熱效應(yīng)小，而且非常緩慢，傳統(tǒng)熱量計對這類過程無法進行監(jiān)測，熱導(dǎo)式微熱量計的出現(xiàn)和完善，使得對生物體內(nèi)的過程進行量熱測定成為可能，它已用來對生物的活性進行監(jiān)測。應(yīng)用熱導(dǎo)式微熱量計還可測定細菌等微生物的生長熱譜、細胞的代謝熱譜和種子發(fā)芽過程的能量變化。運用熱動力學(xué)的方法，微量熱法可用于酶催化反應(yīng)的米氏常數(shù)和反應(yīng)焓的測定。

其他

應(yīng)用專門設(shè)計的熱量計可測量激光束的能量，這種熱量計可以為熱導(dǎo)式或等溫外殼式熱量計，具體的結(jié)構(gòu)形式也因接受能量的方式不同而采用不同的設(shè)計。激光束能量的大小由電能進行標定。

量熱法也可用于微波輻射能的測量，在核能工業(yè)領(lǐng)域，量熱法也得到應(yīng)用。熱量計不但可用來測定放射源的能量，通過測定放射源的輻射能可以確定放射元素的半衰期，用這種方法可以化驗分析放射源中所含的放射元素。