Hvad er et bombekalorimeter?

Bombekalorimeteret er en laboratorieindretning, der indeholder en "bombe" eller et forbrændingskammer - normalt konstrueret af ikke-reaktivt rustfrit stål - hvori en organisk forbindelse forbruges ved at brænde i ilt. Inkluderet er en Dewar-kolbe med en bestemt mængde vand, som bomben er underlagt. Al den varme (Q), der genereres ved forbrændingen, passerer i vandet, hvis temperatur (T) stiger, og måles meget omhyggeligt. Fra vægte, temperaturer og apparaturparametre kan en nøjagtig varme eller "enthalpi" af forbrænding (ΔHc) bestemmes. Denne værdi kan bruges til at vurdere strukturelle egenskaber for det forbrugte stof.

Volumenudvidelse forhindres ved den stive bombeudformning, så selvom kuldioxid og vanddamp produceres ved forbrændingen, forekommer det ved konstant volumen (V). Da dV = 0 i ligningen dW = P (dV), hvor arbejde er W, udføres der intet arbejde. Eftersom varme (Q) hverken kommer ind eller forlader - da alt er inden i Dewar-kolben - er processen "adiabatisk", det vil sige dQ = 0. Dette betyder ΔH _c = C _v ΔT, hvor C _v er varmekapaciteten ved konstant volumen. Datatilpasning er påkrævet på grund af egenskaberne ved selve bombekalorimeteret; der er den varme, der indføres ved afbrænding af sikringen, der udløser forbrænding, og det faktum, at bombenkalorimeter kun fungerer omtrent adiabatisk.

Bombekalorimeteret har en række anvendelser, herunder både teknisk og industriel anvendelse. Historisk set er der i laboratoriet brændt kulbrinter og carbonhydridderivater i en bombe-kalorimeter med det formål at tildele bindingsenergier. Indretningen er også blevet brugt til at udlede teoretiske stabiliseringsenergier, såsom pi-bindingen i aromatiske forbindelser. Proceduren kan demonstreres for - hvis ikke praktiseres af studerende - som en del af deres studentereksamen. Industrielt bruges bombekalorimeteret til testning af drivmidler og sprængstoffer, til undersøgelse af fødevarer og stofskifte og til evaluering af forbrænding og drivhusgasser.

I betragtning af eksemplet med et aromatisk opløsningsmiddel, benzen (C6H6), er der seks ækvivalente carbon-carbonbindinger og seks ækvivalente carbon-hydrogenbindinger i hvert molekyle. Uden begrebet resonans skulle kulstof-carbonbindingerne i benzen tilsyneladende være forskellige - der skal være tre dobbeltbindinger og tre enkeltbindinger. Benzen skal være godt repræsenteret af det fiktive kemiske 1, 3, 5-cyclohexatrien. Gennem brug af en bombe-kalorimeter giver den faktiske energi i de seks ensartede bindinger imidlertid en energiforskel for benzen sammenlignet med trienen på 36 kcal / mol eller 151 kj / mol. Denne energiforskel er benzenens resonansstabiliseringsenergi.