Introduzione alla Chimica
Obiettivo di Apprendimento
- Descrivere come una bomba calorimetrica opere
Punti Chiave
- Una bomba calorimetrica è utilizzato per misurare la variazione di energia interna, \Delta U , di una reazione. A volume costante, questo è uguale a qV, il calore di reazione.
- Il calorimetro ha una propria capacità termica, che deve essere contabilizzata quando si eseguono calcoli.
Termini
- calorimetro a bomba il calorimetro a bomba è un tipo di calorimetro a volume costante utilizzato per misurare il calore di combustione di una particolare reazione.
- Calorila quantità di energia necessaria per aumentare la temperatura di 1 grammo di acqua di 1 °C. È un’unità di energia non SI equivalente a circa 4,18 Joule. Una caloria ( con una C maiuscola) = 1000 calorie.
Il calorimetro a bomba
La calorimetria a bomba viene utilizzata per misurare il calore che una reazione assorbe o rilascia ed è praticamente utilizzata per misurare il contenuto calorico del cibo. Un calorimetro a bomba è un tipo di calorimetro a volume costante utilizzato per misurare il calore di combustione di una particolare reazione. Ad esempio, se fossimo interessati a determinare il contenuto di calore di un rotolo di sushi, ad esempio, staremmo cercando di scoprire il numero di calorie che contiene. Per fare questo, avremmo posto il rotolo di sushi in un contenitore denominato “bomba”, sigillarlo e quindi immergerlo nell’acqua all’interno del calorimetro. Quindi, evacueremmo tutta l’aria dalla bomba prima di pompare gas ossigeno puro (O2). Dopo l’aggiunta di ossigeno, una miccia accenderebbe il campione facendolo bruciare, producendo così anidride carbonica, acqua gassosa e calore. Come tale, calorimetri bomba sono costruiti per resistere alle grandi pressioni prodotte dai prodotti gassosi in queste reazioni di combustione.
Una volta che il campione è completamente bruciato, il calore rilasciato nella reazione si trasferisce all’acqua e al calorimetro. La variazione di temperatura dell’acqua viene misurata con un termometro. Il calore totale emesso nella reazione sarà uguale al calore guadagnato dall’acqua e dal calorimetro:
q_{rxn}=-q_{cal}
Tenete presente che il calore guadagnato dal calorimetro è la somma del calore guadagnato dall’acqua, così come il calorimetro stesso. Questo può essere espresso come segue:
q_{cal}=m_{water}C_{water}\Delta T+C_{cal}\Delta T
dove Cwater indica la capacità termica specifica dell’acqua (1 \frac{cal}{g ^{\circ}C}), e Ccal è la capacità termica del calorimetro (tipicamente in \frac{cal}{^{\circ}C}). Pertanto, quando si eseguono esperimenti di calorimetria a bomba, è necessario calibrare il calorimetro per determinare Ccal.
Poiché il volume è costante per un calorimetro a bomba, non vi è alcun lavoro di volume di pressione. Conseguenza:
ΔU=qV
dove ΔU è la variazione di energia interna e qV denota il calore assorbito o rilasciato dalla reazione misurata in condizioni di volume costante. (Questa espressione è stata precedentemente derivata nella sezione “Energia interna ed Entalpia”.) Quindi, il calore totale emesso dalla reazione è correlato alla variazione di energia interna (ΔU), non alla variazione di entalpia (ΔH) che viene misurata in condizioni di pressione costante.
Il valore prodotto da tali esperimenti non riflette completamente il modo in cui il nostro corpo brucia il cibo. Ad esempio, non possiamo digerire la fibra, quindi i valori ottenuti devono essere corretti per tenere conto di tali differenze tra valori sperimentali (totali) e reali (ciò che il corpo umano può assorbire).
