Le calorimètre à bombe est un appareil de laboratoire qui contient une bombe ou une chambre de combustion – généralement construite en acier inoxydable non réactif – dans laquelle un composé organique est consommé en brûlant de l’oxygène. Inclus est un flacon Dewar contenant une quantité spécifique d’eau dans laquelle la bombe est immergée. Toute la chaleur (Q) générée par la combustion passe dans l’eau, dont la température (T) s’élève, et est très soigneusement mesurée. A partir des poids, des températures et des paramètres de l’appareil, une chaleur précise ou enthalpie de combustion (ΔHc) peut être déterminée. Cette valeur peut être utilisée pour évaluer les propriétés structurelles de la substance consommée.
L’expansion du volume est empêchée par la conception de la bombe rigide, donc même si le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau sont produits par la combustion, il se produit à volume constant (V). Puisque dV=0 dans l’équation dW=P(dV), où le travail est W, il n’y a pas de travail effectué. De plus, comme la chaleur (Q) n’entre ni ne sort — puisque tout est dans le Dewar — le processus est adiabatique, c’est-à-dire dQ=0. Cela signifie ΔHc=CvΔT, où Cv est la capacité calorifique à volume constant. Un ajustement des données est nécessaire en raison des caractéristiques du calorimètre à bombe lui-même ; il y a la chaleur apportée par la combustion de la mèche déclenchant la combustion, et le fait que le calorimètre de la bombe ne fonctionne qu’approximativement adiabatiquement.
Le calorimètre à bombe a un certain nombre d’applications, y compris des utilisations techniques et industrielles. Historiquement, en laboratoire, les hydrocarbures et dérivés d’hydrocarbures ont été brûlés dans un calorimètre à bombe dans le but d’attribuer des énergies de liaison. Le dispositif a également été utilisé pour dériver des énergies de stabilisation théoriques, telles que celle de la liaison pi dans les composés aromatiques. La procédure peut être démontrée aux étudiants, si elle n’est pas pratiquée, dans le cadre de leurs études collégiales de premier cycle. Industriellement, le calorimètre à bombe est utilisé dans les tests de propergols et d’explosifs, dans l’étude des aliments et du métabolisme, et dans l’évaluation de l’incinération et des gaz à effet de serre.
En considérant l’exemple d’un solvant aromatique, le benzène (C6H6), il y a six liaisons carbone-carbone équivalentes et six liaisons carbone-hydrogène équivalentes dans chaque molécule. Sans le concept de résonance, les liaisons carbone-carbone dans le benzène devraient apparemment être différentes – il devrait y avoir trois doubles liaisons et trois simples liaisons. Le benzène devrait être bien représenté par le produit chimique fictif 1, 3, 5-cyclohexatriène. Grâce à l’utilisation d’un calorimètre à bombe, cependant, l’énergie réelle des six liaisons uniformes donne une différence d’énergie pour le benzène par rapport au triène, de 36 kcal/mol ou 151 kj/mol. Cette différence d’énergie est l’énergie de stabilisation de la résonance du benzène.