Kalorymetry są przydatne do określania ciepła uwalnianego lub pochłanianego w wyniku reakcji chemicznej. Kalorymetry do filiżanek kawy są zaprojektowane do pracy przy stałym (atmosferycznym) ciśnieniu i są wygodne do pomiaru przepływu ciepła (lub zmiany entalpii) towarzyszących procesom zachodzącym w roztworze pod stałym ciśnieniem. Inny typ kalorymetru, który działa przy stałej objętości, potocznie zwany kalorymetrem bombowym, służy do pomiaru energii wytwarzanej w reakcjach, w których powstają duże ilości ciepła i produktów gazowych, takich jak reakcje spalania. (Termin “bomba” pochodzi od obserwacji, że reakcje te mogą być na tyle gwałtowne, że przypominają eksplozje które uszkadzają inne kalorymetry.)

Pierwsza zasada termodynamiki sugeruje, że zmiana energii wewnętrznej (ΔE) reakcji jest sumą ciepła (q) i pracy (w).

W reakcjach gazowych wykonywana praca jest typu ciśnienie-objętość, co powoduje zmiany objętości reakcji.

Kalorymetry bombowe są zaprojektowane do pracy ze stałą objętością, tak aby objętość reakcji nie mogła się zmienić (ΔV = 0).

W związku z tym wykonana praca wynosi zero, a ciepło (q_v) mierzone za pomocą kalorymetru bombowego jest równoważne zmianie energii wewnętrznej reakcji.

Kalorymetr bombowy składa się z solidnego stalowego pojemnika, który zawiera reagenty i sam jest zanurzony w wodzie. Próbkę umieszcza się w bombie, która jest następnie napełniana tlenem pod wysokim ciśnieniem. Do zapłonu próbki używana jest mała iskra elektryczna. Energia wytworzona w reakcji jest pochłaniana przez stalową bombę i otaczającą ją wodę. Wzrost temperatury (ΔT) jest mierzony i wraz ze znaną pojemnością cieplną kalorymetru (C_cal) jest wykorzystywany do obliczenia ciepła pochłoniętego przez cały zespół kalorymetru (q_cal).

Ponieważ kalorymetr jest izolowany i żadne ciepło nie jest tracone do otoczenia, ciepło uzyskane przez kalorymetr jest równe ciepłu uwalnianemu w reakcji.

Ze względu na warunki stałej objętości ciepło wydzielające się w reakcji odpowiada wewnętrznej zmianie energii.

Jest to wewnętrzna zmiana energii dla określonej ilości reagenta ulegającego spalaniu. ΔErxn na mol danego reagenta uzyskuje się przez podzielenie wartości przez liczbę moli, które faktycznie zareagowały.

Kalorymetry bombowe wymagają kalibracji w celu określenia pojemności cieplnej kalorymetru i zapewnienia dokładnych wyników. Kalibrację przeprowadza się przy użyciu reakcji o znanym q, takiej jak zmierzona ilość kwasu benzoesowego zapalonego przez iskrę z niklowego drutu bezpiecznikowego, który jest ważony przed i po reakcji. Zmiana temperatury wywołana znaną reakcją służy do określenia pojemności cieplnej kalorymetru. Kalibracja jest zwykle wykonywana za każdym razem przed użyciem kalorymetru do zebrania danych badawczych.

Ten tekst jest zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 5.2: Kalorymetria.