Il calorimetro della bomba è un dispositivo da laboratorio che contiene una “bomba” o camera di combustione – solitamente costruita in acciaio inossidabile non reattivo – in cui un composto organico viene consumato bruciando in ossigeno. Incluso è un pallone Dewar che contiene una quantità specifica di acqua in cui è immersa la bomba. Tutto il calore (Q) generato dalla combustione passa nell’acqua, la cui temperatura (T) aumenta, e viene misurata con molta attenzione. Dai pesi, temperature e parametri dell’apparato, può essere determinato un calore preciso o “entalpia” di combustione (ΔHc). Tale valore può essere utilizzato per valutare le proprietà strutturali della sostanza consumata.
L’espansione del volume è impedita dal design della bomba rigida, quindi anche se l’anidride carbonica e il vapore acqueo sono prodotti dalla combustione, si verifica a volume costante (V). Poiché dV=0 nell’equazione dW=P(dV), dove il lavoro è W, non viene eseguito alcun lavoro. Inoltre, poiché il calore (Q) non entra né esce – poiché tutto è all’interno del pallone Dewar – il processo è “adiabatico”, cioè dQ=0. Ciò significa ΔHc=CvΔT, dove Cv è la capacità termica a volume costante. La regolazione dei dati è necessaria per le caratteristiche del calorimetro bomba stesso; c’è il calore introdotto dalla combustione della miccia che innesca la combustione, e il fatto che il calorimetro della bomba funziona solo approssimativamente adiabaticamente.
Il calorimetro a bomba ha una serie di applicazioni, inclusi usi tecnici e industriali. Storicamente, in laboratorio, idrocarburi e derivati di idrocarburi sono stati bruciati in una bomba calorimetrica con l’obiettivo di assegnare le energie di legame. Il dispositivo è stato utilizzato anche per derivare energie di stabilizzazione teoriche, come quella del legame pi nei composti aromatici. La procedura può essere dimostrata agli studenti, se non praticata da, come parte della loro istruzione universitaria. Industrialmente, il calorimetro bomba viene utilizzato nei test di propellenti ed esplosivi, nello studio degli alimenti e del metabolismo, e nella valutazione dell’incenerimento e dei gas serra.
Considerando l’esempio di un solvente aromatico, il benzene (C6H6), ci sono sei legami carbonio-carbonio equivalenti e sei legami carbonio-idrogeno equivalenti in ciascuna molecola. Senza il concetto di risonanza, i legami carbonio-carbonio nel benzene dovrebbero essere apparentemente diversi: dovrebbero esserci tre doppi legami e tre singoli legami. Il benzene dovrebbe essere ben rappresentato dalla sostanza chimica fittizia 1, 3, 5-cicloesatriene. Mediante l’uso di un calorimetro a bomba, invece, l’energia effettiva dei sei legami uniformi dà una differenza energetica per il benzene rispetto al triene, di 36 kcal/mol o 151 kj/mol. Questa differenza di energia è l’energia di stabilizzazione della risonanza del benzene.