Qu'est-ce qu'un calorimètre de bombe?
Le calorimètre de bombe est un appareil de laboratoire contenant une "bombe" ou chambre de combustion - généralement construite en acier inoxydable non réactif - dans laquelle un composé organique est consommé par combustion dans de l'oxygène. Inclus est un ballon de Dewar contenant une quantité spécifique d'eau dans laquelle la bombe est submergée. Toute la chaleur (Q) générée par la combustion passe dans l'eau, dont la température (T) augmente et est très soigneusement mesurée. À partir des poids, des températures et des paramètres de l'appareil, une chaleur ou une «enthalpie» de combustion précise (ΔH c ) peut être déterminée. Cette valeur peut être utilisée pour évaluer les propriétés structurelles de la substance consommée.
La conception de la bombe rigide empêche toute expansion du volume. Ainsi, bien que le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau soient produits par la combustion, ils se produisent à volume constant (V). Puisque dV = 0 dans l'équation dW = P (dV), où le travail est W, il n'y a pas de travail effectué. De plus, comme la chaleur (Q) n'entre ni ne sort - puisque tout se trouve dans le ballon de Dewar - le processus est «adiabatique», c'est-à-dire que dQ = 0. Cela signifie ΔH c = C v ΔT, où C v est la capacité calorifique à volume constant. Un ajustement des données est nécessaire en raison des caractéristiques du calorimètre de la bombe elle-même; il y a la chaleur introduite par la combustion du fusible qui déclenche la combustion et le fait que le calorimètre de la bombe ne fonctionne que de façon approximativement adiabatique.
Le calorimètre de bombe a de nombreuses applications, à la fois techniques et industrielles. Historiquement, en laboratoire, des hydrocarbures et des dérivés d'hydrocarbures ont été brûlés dans un calorimètre à bombe dans le but d'attribuer des énergies de liaison. Le dispositif a également été utilisé pour dériver des énergies théoriques de stabilisation, telles que celle de la liaison pi dans des composés aromatiques. La procédure peut être démontrée - si non pratiquée par - les étudiants, dans le cadre de leurs études universitaires de premier cycle. Industriellement, le calorimètre de bombe est utilisé dans les tests de propergols et d'explosifs, dans l'étude des aliments et du métabolisme, ainsi que dans l'évaluation de l'incinération et des gaz à effet de serre.
En prenant l'exemple d'un solvant aromatique, le benzène (C 6 H 6 ), il existe six liaisons carbone-carbone équivalentes et six liaisons carbone-hydrogène équivalentes dans chaque molécule. Sans le concept de résonance, les liaisons carbone-carbone dans le benzène devraient apparemment être différentes - il devrait y avoir trois doubles liaisons et trois liaisons simples. Le benzène devrait être bien représenté par le produit chimique fictif 1, 3, 5-cyclohexatriène. Cependant, grâce à l'utilisation d'un calorimètre à bombe, l'énergie réelle des six liaisons uniformes donne une différence d'énergie pour le benzène par rapport au triène, de 36 kcal / mol ou 151 kj / mol. Cette différence d'énergie est l'énergie de stabilisation de la résonance du benzène.