Kalorymetria stałoobjętościowa

Zmiana energii wewnętrznej reakcji, ΔE, jest sumą zarówno ciepła, q, jak i pracy, w.

Podczas gdy pomiar ciepła poprzez zmiany temperatury jest prosty, pomiar pracy typu ciśnienie-objętość poprzez zmiany objętości jest niewygodny.

W przypadku gazowych reakcji chemicznych, jeśli objętość nie może się zmienić, to ΔV jest równe zero, a w konsekwencji w wyniesie zero. Zatem wewnętrzna zmiana energii reakcji będzie dokładnie równa przenoszonemu ciepłu.

W warunkach stałej objętości ciepło przenoszone w reakcji jest mierzone za pomocą kalorymetru bombowego. 

Różni się to od kalorymetru do kawy kawy, który mierzy ciepło reakcji w warunkach stałego ciśnienia.

W kalorymetrze bombowym 0,512 grama naftalenu umieszcza się w bombie ze stali nierdzewnej. Poprzez wlot cewka zapłonowa styka się z próbką.

Bomba jest następnie napełniana tlenem i zanurzana w izolowanym pojemniku wypełnionym wodą o znanej masie. Elektryczne zapłon reagenta inicjuje reakcję spalania wewnątrz bomby.

Uwolnione ciepło jest pochłaniane przez wodę i różne elementy zespołu kalorymetru, które razem tworzą otoczenie. Powoduje to wzrost temperatury o 6.42 °C.

Ciepło pochłonięte przez cały zespół kalorymetru, q_cal, jest równe jego pojemności cieplnej, C_cal, pomnożonej przez zmianę temperatury, ΔT.

Jeżeli doświadczalnie wyznaczona wartość dla C_cal wynosi 3,20 kJ/°C, to podstawienie jej wraz z wartością ΔT daje ciepło kalorymetru jako 20,5 kJ.

Ciepło uzyskane przez kalorymetr jest dokładnie równe ciepłu uwalnianemu w reakcji. Bomba jest zapieczętowana, reakcja zachodzi przy stałej objętości, a wykonana praca wynosi zero. Zatem ciepło reakcji jest równe jej wewnętrznej zmianie energii, -20,5 kJ.

Podzielenie tej wartości przez liczbę moli w 0,512 grama naftalenu (3,99 × 10⁻³ moli) daje zmianę energii wewnętrznej na mol naftalenu, która wynosi −5140 kJ/mol.