Calorimetria a volume costante

La variazione nell'energia interna di una reazione, delta E, è la somma sia del calore, q, sia del lavoro, w. Sebbene sia semplice misurare il calore attraverso i cambiamenti di temperatura, misurare il tipo di lavoro pressione-volume attraverso i cambiamenti di volume è scomodo. Per le reazioni chimiche gassose, se il volume non può cambiare, allora delta V è uguale a zero e, di conseguenza, w sarà zero.

Pertanto, la variazione di energia interna della reazione sarà esattamente uguale al calore trasferito. In condizioni di volume costante, il calore trasferito in una reazione viene misurato utilizzando un calorimetro a bombola. Questo è diverso dal calorimetro a tazza di caffè, che misura il calore di una reazione in condizioni di pressione costante.

Nel calorimetro a bombola, 0, 512 grammi di naftalene vengono posti in una bombola di acciaio inossidabile. Attraverso un ingresso, la bobina di accensione è posta a contatto con il campione. La bombola viene quindi riempita di ossigeno e immersa in un contenitore isolato, pieno di una massa d'acqua nota.

L'accensione elettrica del reagente avvia la reazione di combustione all'interno della bombola. Il calore sprigionato viene assorbito dall'acqua e dai vari componenti del gruppo calorimetrico, che insieme costituiscono l'ambiente circostante. Questo fa aumentare la temperatura di 6, 42 gradi Celsius.

Il calore assorbito dall'intero gruppo calorimetro, q cal, è uguale alla sua capacità termica, C cal, moltiplicato per la variazione di temperatura, delta T.Se il valore determinato sperimentalmente per C cal è 3, 20 kilojoule per grado centigrado, sostituendolo, insieme al valore per delta T, si ottiene che il calore del calorimetro è di 20, 5 kilojoule. Il calore guadagnato dal calorimetro è esattamente uguale al calore rilasciato dalla reazione. La bombola viene sigillata, la reazione avviene a volume costante e il lavoro è zero.

Pertanto, il calore della reazione è uguale alla sua variazione di energia interna, 20, 5 kilojoule negativi. Dividendo questo valore per il numero di moli in 0, 512 grammi di naftalene. 3, 99 per 10 rispetto a 3 moli negative, dà la variazione dell'energia interna per mole di naftalene, che è negativa di 5140 kilojoule per mole.