Kalorimetrie bei konstantem Volumen

Die Veränderung der inneren Energie einer Reaktion, delta E, ist die Summe der beiden Größen Wärme, q, und Arbeit, w. Während es einfach ist, Wärme durch Temperaturänderungen zu messen, ist die Messung der durch Druck verursachte Volumenarbeit durch Volumenänderungen schwierig. Bei gasförmigen chemischen Reaktionen, wenn das Volumen nicht geändert werden darf, ist Delta V gleich Null, und folglich wird auch w gleich Null sein.

Somit entspricht die innere Energieänderung der Reaktion genau der übertragenen Wärme. Unter konstanten Volumenbedingungen, wird die in einer Reaktion übertragene Wärme mit einem Bombenkalorimeter gemessen. Dies unterscheidet sich von einem Kaffeetassen-Kalorimeter, welches die Wärme einer Reaktion unter konstantem Druck Bedingungen misst.

In einem Bombenkalorimeter wurden 0, 512 Gramm Naphthalin in einer Bombe aus rostfreiem Stahl platziert. Durch einen Einlass wird die Zündspule mit der Probe in Kontakt gebracht. Die Bombe wird dann mit Sauerstoff gefüllt und in einen isolierten Behälter eingetaucht, der mit einer bekannten Wassermasse gefüllt ist.

Elektrisches Zünden des Reaktanten löst die Verbrennungsreaktion im Inneren der Bombe aus. Die freigesetzte Wärme wird vom Wasser absorbiert und die verschiedenen Komponenten des Kalorimeters, die alle zusammen, die Umgebung bilden. Dadurch steigt die Temperatur um 6, 42 Grad Celsius.

Die von den gesamten Kalorimeter-Bestandteilen absorbierte Wärme, q cal, ist gleich seiner Wärmekapazität, C cal, multipliziert mit der Temperaturänderung, delta T.Wenn der experimentell bestimmte Wert für C cal 3, 20 Kilojoule/Grad Celsius beträgt, ersetzt man dann diese, zusammen mit dem Wert für delta T, ergibt sich die Wärme des Kalorimeters von 20, 5 Kilojoule. Die durch das Kalorimeter gewonnene Wärme entspricht genau der durch die Reaktion freigesetzten Wärme. Die Bombe wird versiegelt, die Reaktion erfolgt bei konstantem Volumen, und die geleistete Arbeit ist Null.

Die Wärme der Reaktion ist also gleich ihrer inneren Energieveränderung, Negativwert von 20, 5 Kilojoule. Dividieren Sie diesen Wert durch die Molzahl die in 0, 512 Gramm Naphthalin enthalten ist 3, 99 mal 10 zu den negativen 3 Molen gibt die Veränderung der inneren Energie pro Mol Naphthalin an, was einem Negativwert von 5140 Kilojoule/mol entspricht.