Co to jest kalorymetr bombowy?
Kalorymetr bombowy to urządzenie laboratoryjne zawierające „bombę” lub komorę spalania - zwykle zbudowaną z niereaktywnej stali nierdzewnej - w której związek organiczny jest zużywany przez spalanie tlenu. W zestawie znajduje się kolba Dewara zawierająca określoną ilość wody, w której zanurzona jest bomba. Całe ciepło (Q) wytwarzane przez spalanie przechodzi do wody, której temperatura (T) rośnie i jest bardzo dokładnie mierzona. Na podstawie ciężarów, temperatur i parametrów aparatury można określić dokładne ciepło lub „entalpię” spalania (ΔH c ). Wartość tę można wykorzystać do oceny właściwości strukturalnych konsumowanej substancji.
Sztywna konstrukcja bomby zapobiega rozszerzaniu objętości, więc nawet jeśli podczas spalania powstają dwutlenek węgla i para wodna, zachodzi ona przy stałej objętości (V). Ponieważ dV = 0 w równaniu dW = P (dV), gdzie praca wynosi W, nie wykonuje się żadnej pracy. Ponadto, ponieważ ciepło (Q) nie wchodzi ani nie opuszcza - ponieważ wszystko znajduje się w kolbie Dewara - proces jest „adiabatyczny”, to znaczy dQ = 0. Oznacza to ΔH c = C v ΔT, gdzie C v jest pojemnością cieplną przy stałej objętości. Dostosowanie danych jest konieczne ze względu na charakterystykę samego kalorymetru bombowego; ciepło powstaje podczas spalania bezpiecznika wyzwalającego spalanie, a kalorymetr bomby działa tylko w przybliżeniu adiabatycznie.
Kalorymetr bomby ma wiele zastosowań, w tym zarówno do zastosowań technicznych, jak i przemysłowych. Historycznie w laboratorium węglowodory i pochodne węglowodorów były spalane w kalorymetrze bombowym w celu przypisania energii wiązania. Urządzenie zostało również wykorzystane do uzyskania teoretycznych energii stabilizacji, takich jak wiązanie pi w związkach aromatycznych. Procedurę tę można zademonstrować - jeśli nie są praktykowani - przez studentów, jako część ich studiów licencjackich. Przemysłowo kalorymetr bombowy jest wykorzystywany do testowania materiałów pędnych i materiałów wybuchowych, do badania żywności i metabolizmu oraz do oceny spalania i gazów cieplarnianych.
Biorąc pod uwagę przykład jednego aromatycznego rozpuszczalnika, benzenu (C 6H 6 ), w każdej cząsteczce znajduje się sześć równoważnych wiązań węgiel-węgiel i sześć równoważnych wiązań węgiel-wodór. Bez koncepcji rezonansu wiązania węgiel-węgiel w benzenie powinny pozornie być inne - powinny istnieć trzy wiązania podwójne i trzy wiązania pojedyncze. Benzen powinien być dobrze reprezentowany przez fikcyjną substancję chemiczną 1, 3, 5-cykloheksatrien. Jednak dzięki zastosowaniu kalorymetru bombowego rzeczywista energia sześciu jednorodnych wiązań daje różnicę energii dla benzenu w porównaniu z trienem, wynoszącą 36 kcal / mol lub 151 kj / mol. Ta różnica energii jest energią stabilizacji rezonansu benzenu.