разделена на 5°С, причем каждый градус разделен на сотые доли градуса, что
позволяет при помощи лупы или зрительной трубы производить отсчеты с
высокой точностью до 0,005°С. К верхнему концу капилляра припаян запасной
резервуар 3, служащий для переливания в него части ртути из основного
резервуара термометра 2. Как видно, метастатический термометр измеряет
лишь градиент температуры, а не истинную температуру.
Рис. 2. Метастатический термометр.
Подготовка навески биоценоза к калориметрированию
производится
следующим образом. Образцы исследуемых биоценозов растираются с
помощью электрической мельницы в воздушно-сухом состоянии. Определяется
влажность растертого образца весовым методом. Затем на винтовом прессе из
образцов получают специальные брикеты. Навеска в брикетированном виде
приготавливается из расчета, чтобы повышение температуры во время
эксперимента находилось в пределах от 2 до 3 градусов. В наших опытах это
условие достигалось при весе навески в 1 – 2 г. Предварительно в сухую
чистую бомбу наливают пипеткой около 10 мл дистиллированной воды,
предназначенной для насыщения ее внутреннего пространства водяными
492
парами и растворения образующихся окислов азота и серы. Далее бомбу
присоединяют к кислородному баллону и наполняют до давления 25 – 30 кг∕см
2
.
Скорость повышения давления в бомбе по манометру не должна превышать 4 –
5 кг∕см
2
в 1 мин. Заправленную бомбу погружают в калориметрический сосуд с
дистиллированной водой и присоединяют токоведущие провода к клеммам
бомбы.
Измерения и обсуждения результатов
. Эксперимент делится на три
периода: начальный период, предшествующий зажиганию, служащий для
наблюдения и учета теплообмена калориметрической системы с окружающей
средой в условиях начальной температуры; основной период, в течение
которого происходит сгорание навески, передача тепла, выделяемого за счет
сгорания навески, калориметрической системе и выравнивание ее температуры,
конечный период, служащий для тех же целей, что и начальный, т. е. для
наблюдения и учета теплообмена калориметра с окружающей средой в
условиях конечной температуры опыта.
Замыканием электрического тока в цепи зажигания приступают к
измерениям процесса калориметрирования исследуемого образца биоценоза,
который находясь в избытке кислорода, сгорает в течение короткого
промежутка времени. Главный период считается законченным после
наступления равномерного хода температуры воды в калориметре, что
обусловлено
теплообменом
калориметра
с
внешней
средой.
Продолжительность главного периода составляет примерно 10 мин.
После окончания эксперимента, из бомбы выпускают отработанные газы,
вынимают крышку бомбы и осматривают ее внутренние части. При наличии
сажистого налета или несгоревших частиц образца на стенках и дне бомбы
опыт бракуется. При успешном окончании опыта, находящуюся в бомбе воду
выливают в химический стакан и промывают дистиллированной водой
внутреннюю поверхность ее, а промывные воды собирают в тот же
стакан.Объем промывных вод должен составлять 150 – 200 мл. Смывы бомбы
используют для определения количества образовавшихся азотной и серной
кислот. Собирают оставшуюся несгоревшую проволочку и взвешивают, а также
и чашечку, чтобы установить количество образовавшегося шлака.
По результатам измерений температуры воды в калориметрическом
сосуде перед сжиганием образца и по окончании опыта, определяют
повышение температуры калориметра и находят количество теплоты сгорания
биоценозов. Естественно, что выделяемая теплота передается не только воде в
калориметрическом сосуде, но и калориметрической бомбе, термометру и
прочим компонентам калориметра. Поэтому для вычисления теплоты сгорания
вещества биоценоза надо также определить количество тепла, необходимое для
нагревания всей калориметрической системы на 1°С, т.е. водный эквивалент
калориметра.
При
вычислении
результатов
калориметрического
опыта
к
наблюдаемому повышению температуры прибавляется поправка на теплообмен
с окружающей средой, поправка к показаниям метастатического термометра,
493
поправка на тепло горения медной проволочки и хлопчатобумажной нити,
поправка на кислотообразование. Наиболее приемлемая формула для
определения поправки на теплообмен имеет следующий вид
(𝑚 )
(1)
где
– среднее значение изменения температуры калориметра в начальном
периоде;
то же самое в конечном периоде опыта;
число полуминутных
промежутков главного периода:
𝑚
число полуминутных промежутков
главного периода с подъемом температуры более 0,3°С;
𝑚
Теплота
сгорания медной проволоки и хлопчатобумажной нити соответственно равна
0,6 и 4,0 ккал/г. Из расчета количества сгоревших материалов вычисляют
поправку на теплоту горения медной проволоки и хлопчатобумажной нити.
Определение поправки на кислотообразование сводится к определению
количества образовавшихся в бомбе азотной и серной кислот из условия, что 1
мл 0,1 нормального раствора NaCO
3
, израсходованного на титрование азотной
кислоты, соответствует 1,43 калорий и каждый процент серы, содержащейся в
сгораемом веществе, выделяет дополнительно 22,5 калорий тепла.
Водный эквивалент калориметрической системы определяется сжиганием
в бомбе калориметра эталонного вещества с известной теплотой сгорания. В
качестве эталонного вещества нами была использована бензойная кислота
C
6
H
5
COOH, теплота сгорания которой равна 6329 кал/г.
На основе калориметрирования бензойной кислоты по вышеописанной
методике водный эквивалент системы К определяли по следующей формуле
𝐾
(
) (
)
(2)
где
– навеска бензойной кислоты; г;
–
теплота горения медной проволоки,
кал/г;
вес сгоревшей части медной проволочки, г;
теплота горения
хлопчатобумажной нити, кал/г;
вес хлопчатобумажной нити, г;
количество 0,1 нормального раствора едкого натрия, необходимое на
титрование смыва, мл;
конечная температура главного периода;
поправка на калибр термометра при температуре
начальная
температура главного периода;
поправка на калибр термометра при
температуре
;
поправка на теплообмен с окружающей средой, °С;
цена деления метастатического термометра, °С, зависящая от интервала
измеряемых температур.
Таким образом, теплота сгорания образцов биоценоза определяется с
помощью выражения
(
) (
) (
)
(3)
494
где
величина навески биоценоза, г;
поправка на кислотообразование.
Образцы биоценозов, готовые к эксперименту, вместе с тигельками
помещались в специальные бюксы и последовательно сжигались в
самоуплотняющейся калориметрической бомбе по описанной методике.
На рис. 3 показана временная зависимость повышения температуры
калориметрической системы в главном периоде при сжигании некоторых
растительных ценозов. Как видно, все кривые экспоненциально возрастают,
стремясь к постоянному значению температуры, зависящему как от типа и
составной части биоценозов, так и от количества исследуемого материала.
Зависимость величины поднятия температуры от веса биоценозов можно
иллюстрировать данными, представленными на рис. 4 на котором приведены
графики изменения разности температуры соответственно вариации веса
навески в различные фиксированные момент главного периода опыта. Графики
линейно возрастают с увеличением веса навески и проходят через начало
координат. На рис. 4 представлены изменения энергии аккумулированной в
различных составных частях растительного биоценоза. Выявлена некоторая
тенденция к линейному уменьшению энергоаккумуляции в единице сухого
вещества исследованной сухостепной растительной формации по мере
перехода листья – стебли – корни. Причем, если теплота сгорания листьев и
стеблей различных растений заметно отличается, то величина энергии,
запасенной в их корневой части, является близкой для всех видов растительной
формации.
В случаях плохосгорающих биоценозов, навески смешивались с
известным количеством эталонного вещества (бензойной кислоты) и по
разности между полученным экспериментальным значением теплоты сгорания
смешанной навески и теплоты сгорания эталонного вещества находили
истинное
калориметрическое
значение
теплоты
сгорания
исследуемоговещества.
Dostları ilə paylaş: |