O que é um calorímetro de bomba?
O calorímetro da bomba é um dispositivo de laboratório que contém uma “bomba” ou câmara de combustão - geralmente construída em aço inoxidável não reativo - no qual um composto orgânico é consumido pela queima de oxigênio. Está incluído um balão Dewar contendo uma quantidade específica de água na qual a bomba é submersa. Todo o calor (Q) gerado pela combustão passa para a água, cuja temperatura (T) aumenta e é medido com muito cuidado. A partir dos pesos, temperaturas e parâmetros do aparelho, pode ser determinado um calor preciso ou "entalpia" de combustão (ΔH c ). Esse valor pode ser usado para avaliar as propriedades estruturais da substância consumida.
A expansão do volume é impedida pelo projeto rígido da bomba; portanto, embora o dióxido de carbono e o vapor de água sejam produzidos pela combustão, ocorre em volume constante (V). Como dV = 0 na equação dW = P (dV), onde o trabalho é W, não há trabalho executado. Além disso, como o calor (Q) não entra nem sai - já que tudo está dentro do balão Dewar - o processo é "adiabático", ou seja, dQ = 0. Isso significa ΔH c = C v ΔT, onde C v é a capacidade de calor em volume constante. O ajuste dos dados é necessário devido às características do próprio calorímetro da bomba; existe o calor introduzido pela queima do fusível que aciona a combustão e o fato de o calorímetro da bomba funcionar apenas aproximadamente adiabaticamente.
O calorímetro da bomba tem várias aplicações, incluindo usos técnicos e industriais. Historicamente, em laboratório, hidrocarbonetos e derivados de hidrocarbonetos foram queimados em um calorímetro de bomba com o objetivo de atribuir energias de ligação. O dispositivo também foi utilizado para derivar energias teóricas de estabilização, como a ligação pi em compostos aromáticos. O procedimento pode ser demonstrado para - se não praticado por - estudantes, como parte de suas instruções na faculdade. Industrialmente, o calorímetro da bomba é utilizado nos testes de propulsores e explosivos, no estudo de alimentos e metabolismo e na avaliação de incineração e gases de efeito estufa.
Considerando o exemplo de um solvente aromático, o benzeno (C 6 H 6 ), existem seis ligações carbono-carbono equivalentes e seis ligações carbono-hidrogênio equivalentes em cada molécula. Sem o conceito de ressonância, as ligações carbono-carbono no benzeno devem ser aparentemente diferentes - deve haver três ligações duplas e três ligações simples. O benzeno deve estar bem representado pelo químico fictício 1, 3, 5-ciclohexatrieno. No entanto, através do uso de um calorímetro de bomba, a energia real das seis ligações uniformes fornece uma diferença de energia para o benzeno em comparação ao trieno, de 36 kcal / mol ou 151 kj / mol. Essa diferença de energia é a energia de estabilização da ressonância do benzeno.