Calorimetria bombei
1. Scopul experimentelor de calorimetrie a bombelor
Calorimetria bombei este utilizată pentru a determina entalpia de ardere, D pieptene H, pentru hidrocarburi:
Deoarece reacțiile de ardere sunt de obicei exoterme (degajă căldură), D pieptene H este de obicei negativ. (Cu toate acestea, rețineți că literatura mai veche definește „căldura de ardere” ca -D pieptene H, pentru a evita compilarea tabelelor cu numere negative!)
2. Construirea unui calorimetru de bombă
Calorimetrul bombei constă în principal din probă, oxigen, bomba din oțel inoxidabil și apă.
Dewar previne fluxul de căldură din calorimetru către restul universului, adică.,
Deoarece bomba este fabricată din oțel inoxidabil, reacția de ardere are loc la un volum constant și nu este de lucru, adică.,
Astfel, schimbarea energiei interne, D U, căci calorimetrul este zero
Interpretarea termodinamică a acestei ecuații este că calorimetrul este izolat de restul universului.
3. D U și D H într-un calorimetru de bombă
3. A. Schimbarea energiei interne D U
Deoarece calorimetrul este izolat de restul universului, putem defini reactanții (eșantion și oxigen) pentru a fi sistemul, iar restul calorimetrului (bombă și apă) pentru a fi împrejurimile.
Schimbarea energiei interne a reactanților la ardere poate fi calculată din
Deoarece procesul este în volum constant, dV= 0. Astfel, recunoscând definiția capacității termice Cv randamente
Presupunând că Cv să fie independent de T pe intervale mici de temperatură, această expresie poate fi integrată pentru a da
unde Cv este capacitatea de căldură a împrejurimilor, adică., apa și bomba.
3. B. Modificarea entalfiei D H
Prin definiția entalpiei
Deoarece există foarte puține lucrări de extindere efectuate prin faze condensate, D (pV) »0 pentru solide și lichide. Presupunând că gazul este un randament ideal
3. C. Diferența intuitivă între D U și D H
Reamintim că D U= qv este fluxul de căldură în condiții de volum constant, în timp ce D H = qpis fluxul de căldură în condiții de presiune constantă. Diferența dintre aceste două situații este că pV se poate lucra în condiții de presiune constantă, în timp ce nu există pV se lucrează în condiții de volum constant.
Luați în considerare cazul în care D ngaz> 0. adică., sistemul se extinde în timpul reacției. Aceeași cantitate de energie este eliberată de reacție în ambele seturi de condiții. Cu toate acestea, o parte din energie este eliberată sub formă de muncă la presiune constantă; astfel, căldura eliberată va fi mai mică decât la un volum constant. Matematic,