Что такое бомбовый калориметр?

Калориметр бомбы - это лабораторное устройство, которое содержит «бомбу» или камеру сгорания, обычно изготовленную из нереакционноспособной нержавеющей стали, в которой органическое соединение потребляется при сжигании в кислороде. В комплект входит колба Дьюара, содержащая определенное количество воды, в которую погружена бомба. Все тепло (Q), выделяемое при сгорании, переходит в воду, температура которой (T) повышается, и очень тщательно измеряется. Из весов, температур и параметров устройства можно определить точную теплоту или «энтальпию» горения (ΔH _c ). Это значение может быть использовано для оценки структурных свойств потребляемого вещества.

Объемное расширение предотвращается жесткой конструкцией бомбы, поэтому, хотя при сжигании образуются углекислый газ и водяной пар, это происходит при постоянном объеме (V). Поскольку dV = 0 в уравнении dW = P (dV), где работа - это W, работа не выполняется. Кроме того, поскольку тепло (Q) не входит и не уходит - поскольку все находится внутри колбы Дьюара, - процесс является «адиабатическим», то есть dQ = 0. Это означает ΔH _c = C _v ΔT, где C _v - теплоемкость при постоянном объеме. Корректировка данных необходима из-за характеристик самого калориметра бомбы; есть тепло, выделяемое при сжигании предохранителя, запускающего горение, и тот факт, что калориметр бомбы функционирует только приблизительно адиабатически.

Калориметр для бомб имеет ряд применений, включая как техническое, так и промышленное использование. Исторически в лаборатории углеводородные и их производные сжигались в бомбовом калориметре с целью присвоения энергий связи. Устройство также использовалось для получения теоретической энергии стабилизации, такой как энергия пи-связи в ароматических соединениях. Процедура может быть продемонстрирована - если не практикуется - студентами, как часть их обучения в колледже. В промышленности бомбовый калориметр используется при испытаниях ракетного топлива и взрывчатых веществ, при изучении продуктов питания и обмена веществ, а также при оценке сжигания и парниковых газов.

Рассматривая пример одного ароматического растворителя, бензола (C ₆ H ₆ ), в каждой молекуле имеется шесть эквивалентных углерод-углеродных связей и шесть эквивалентных углерод-водородных связей. Без концепции резонанса углерод-углеродные связи в бензоле, по-видимому, должны быть разными - должно быть три двойных связи и три одинарных связи. Бензол должен быть хорошо представлен фиктивным химическим веществом 1,3-циклогексатриена. Однако при использовании бомбового калориметра фактическая энергия шести однородных связей дает разность энергий для бензола по сравнению с триеном, равную 36 ккал / моль или 151 кДж / моль. Эта разница энергии является энергией стабилизации резонанса бензола.