Introduction à la Chimie
Objectif d’apprentissage
- Décrire le fonctionnement d’un calorimètre à bombe
Points Clés
- Un calorimètre à bombe est utilisé pour mesurer le changement d’énergie interne, \Delta U, d’une réaction. À volume constant, cela est égal à qV, la chaleur de réaction.
- Le calorimètre a sa propre capacité thermique, qui doit être prise en compte lors des calculs.
Termes
- calorimètre à bombe le calorimètre à bombe est un type de calorimètre à volume constant utilisé pour mesurer la chaleur de combustion d’une réaction particulière.
- Caloriela quantité d’énergie nécessaire pour élever la température de 1 gramme d’eau de 1 ° C. C’est une unité d’énergie non-SI équivalente à environ 4,18 Joules. Une calorie (avec un C majuscule) = 1000 calories.
Le calorimètre à bombe
La calorimétrie à bombe est utilisée pour mesurer la chaleur qu’une réaction absorbe ou libère, et est pratiquement utilisée pour mesurer la teneur en calories des aliments. Un calorimètre à bombe est un type de calorimètre à volume constant utilisé pour mesurer la chaleur de combustion d’une réaction particulière. Par exemple, si nous souhaitions déterminer la teneur en chaleur d’un rouleau de sushi, par exemple, nous chercherions à connaître le nombre de calories qu’il contient. Pour ce faire, nous plaçons le rouleau de sushi dans un récipient appelé “bombe”, le scellons, puis l’immergeons dans l’eau à l’intérieur du calorimètre. Ensuite, nous évacuerions tout l’air de la bombe avant de pomper du gaz oxygène pur (O2). Une fois l’oxygène ajouté, un fusible enflammerait l’échantillon, provoquant sa combustion, produisant ainsi du dioxyde de carbone, de l’eau gazeuse et de la chaleur. En tant que tels, les calorimètres à bombes sont conçus pour résister aux fortes pressions produites par les produits gazeux dans ces réactions de combustion.
Une fois l’échantillon complètement brûlé, la chaleur dégagée dans la réaction est transférée à l’eau et au calorimètre. Le changement de température de l’eau est mesuré avec un thermomètre. La chaleur totale dégagée dans la réaction sera égale à la chaleur gagnée par l’eau et le calorimètre :
q_{rxn} = -q_{cal}
Gardez à l’esprit que la chaleur gagnée par le calorimètre est la somme de la chaleur gagnée par l’eau, ainsi que le calorimètre lui-même. Cela peut être exprimé comme suit:
q_{cal} = m_{water} C_{water}\Delta T +C_{cal} \Delta T
où Cwater désigne la capacité thermique spécifique de l’eau (1\frac{cal}{g^{\circ}C}), et Ccal est la capacité thermique du calorimètre (typiquement en \frac{cal}{^{\circ}C}). Par conséquent, lors de l’exécution d’expériences de calorimétrie à la bombe, il est nécessaire de calibrer le calorimètre afin de déterminer Ccal.
Comme le volume est constant pour un calorimètre à bombe, il n’y a pas de travail pression-volume. En conséquence:
ΔU = qV
où ΔU est la variation de l’énergie interne, et qV désigne la chaleur absorbée ou libérée par la réaction mesurée dans des conditions de volume constant. (Cette expression a été précédemment dérivée dans la section “Énergie interne et Enthalpie”.) Ainsi, la chaleur totale dégagée par la réaction est liée à la variation de l’énergie interne (ΔU), et non à la variation de l’enthalpie (ΔH) qui est mesurée dans des conditions de pression constante.
La valeur produite par de telles expériences ne reflète pas complètement la façon dont notre corps brûle les aliments. Par exemple, nous ne pouvons pas digérer les fibres, les valeurs obtenues doivent donc être corrigées pour tenir compte de ces différences entre les valeurs expérimentales (totales) et réelles (ce que le corps humain peut absorber).
