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¿Qué es un calorímetro de bomba?

  • Burke

El calorímetro de bomba es un dispositivo de laboratorio que contiene una "bomba" o cámara de combustión, generalmente construida de acero inoxidable no reactivo, en la que se consume un compuesto orgánico al quemar oxígeno. Se incluye un matraz Dewar que contiene una cantidad específica de agua en la que se sumerge la bomba. Todo el calor (Q) generado por la combustión pasa al agua, cuya temperatura (T) aumenta, y se mide con mucho cuidado. A partir de los parámetros de pesos, temperaturas y aparatos, se puede determinar un calor exacto o "entalpía" de combustión (ΔH c ). Ese valor puede usarse para evaluar las propiedades estructurales de la sustancia consumida.

El diseño rígido de la bomba evita la expansión del volumen, por lo que aunque la combustión produce dióxido de carbono y vapor de agua, ocurre a un volumen constante (V). Como dV = 0 en la ecuación dW = P (dV), donde el trabajo es W, no hay trabajo realizado. Además, como el calor (Q) no entra ni sale, ya que todo está dentro del matraz Dewar, el proceso es "adiabático", es decir, dQ = 0. Esto significa ΔH c = C v ΔT, donde C v es la capacidad calorífica a volumen constante. El ajuste de datos es necesario debido a las características del calorímetro de la bomba en sí; existe el calor introducido por la quema del fusible que desencadena la combustión, y el hecho de que el calorímetro de la bomba funciona solo aproximadamente de forma adiabática.

El calorímetro de bomba tiene una serie de aplicaciones, que incluyen usos técnicos e industriales. Históricamente, en el laboratorio, los hidrocarburos y derivados de hidrocarburos se han quemado en un calorímetro de bomba con el objetivo de asignar energías de enlace. El dispositivo también se ha utilizado para derivar energías de estabilización teóricas, como la del enlace pi en compuestos aromáticos. El procedimiento puede demostrarse a los estudiantes, si no lo practican, como parte de su instrucción universitaria de pregrado. Industrialmente, el calorímetro de bomba se utiliza en las pruebas de propulsores y explosivos, en el estudio de alimentos y metabolismo, y en la evaluación de incineración y gases de efecto invernadero.

Considerando el ejemplo de un solvente aromático, el benceno (C 6 H 6 ), hay seis enlaces carbono-carbono equivalentes y seis enlaces carbono-hidrógeno equivalentes en cada molécula. Sin el concepto de resonancia, los enlaces carbono-carbono en el benceno deberían ser aparentemente diferentes: debería haber tres enlaces dobles y tres enlaces simples. El benceno debe estar bien representado por el químico ficticio 1, 3, 5-ciclohexatrieno. Sin embargo, mediante el uso de un calorímetro de bomba, la energía real de los seis enlaces uniformes da una diferencia de energía para el benceno en comparación con el trieno, de 36 kcal / mol o 151 kj / mol. Esta diferencia de energía es la energía de estabilización de resonancia del benceno.