Che cos'è un calorimetro a bomba?
Il calorimetro a bomba è un dispositivo da laboratorio che contiene una "bomba", o camera di combustione - di solito costruita in acciaio inossidabile non reattivo - in cui un composto organico viene consumato bruciando ossigeno. È incluso un pallone Dewar che contiene una quantità specifica di acqua in cui è immersa la bomba. Tutto il calore (Q) generato dalla combustione passa nell'acqua, la cui temperatura (T) aumenta e viene misurato con molta attenzione. Dai pesi, dalle temperature e dai parametri dell'apparato, può essere determinato un calore accurato o "entalpia" della combustione (ΔH c ). Tale valore può essere utilizzato per valutare le proprietà strutturali della sostanza consumata.
L'espansione del volume è impedita dal design della bomba rigida, quindi anche se l'anidride carbonica e il vapore acqueo sono prodotti dalla combustione, si verifica a volume costante (V). Poiché dV = 0 nell'equazione dW = P (dV), dove il lavoro è W, non viene eseguito alcun lavoro. Inoltre, poiché il calore (Q) non entra né esce - poiché tutto è all'interno del pallone Dewar - il processo è "adiabatico", cioè dQ = 0. Ciò significa ΔH c = C v ΔT, dove C v è la capacità termica a volume costante. La regolazione dei dati è necessaria a causa delle caratteristiche del calorimetro della bomba stessa; c'è il calore introdotto dalla combustione della miccia che innesca la combustione e il fatto che il calorimetro della bomba funziona solo in modo approssimativamente adiabatico.
Il calorimetro a bomba ha una serie di applicazioni, inclusi usi tecnici e industriali. Storicamente, in laboratorio, idrocarburi e derivati di idrocarburi sono stati bruciati in un calorimetro a bomba con l'obiettivo di assegnare energie di legame. Il dispositivo è stato anche utilizzato per ricavare energie di stabilizzazione teoriche, come quella del legame pi nei composti aromatici. La procedura può essere dimostrata agli studenti - se non praticata da - studenti, come parte delle loro lezioni universitarie. A livello industriale, il calorimetro a bomba viene utilizzato nella sperimentazione di propellenti ed esplosivi, nello studio di alimenti e metabolismo e nella valutazione dell'incenerimento e dei gas a effetto serra.
Considerando l'esempio di un solvente aromatico, il benzene (C 6 H 6 ), ci sono sei legami carbonio-carbonio equivalenti e sei legami carbonio-idrogeno equivalenti in ciascuna molecola. Senza il concetto di risonanza, i legami carbonio-carbonio nel benzene dovrebbero apparire diversi: dovrebbero esserci tre doppi legami e tre legami singoli. Il benzene dovrebbe essere ben rappresentato dalla sostanza chimica fittizia 1, 3, 5-cicloesatriene. Tramite l'uso di un calorimetro a bomba, tuttavia, l'energia effettiva dei sei legami uniformi fornisce una differenza di energia per il benzene rispetto al triene, di 36 kcal / mol o 151 kj / mol. Questa differenza di energia è l'energia di stabilizzazione della risonanza del benzene.