Relazione laboratorio (bomba calorimetrica), Chimica fisica

Leonardo Calabresi relazione calore di combustione 20/02/2013

Relazione esperienza di laboratorio

Calore di combustione

Corso: Laboratorio di Chimica fisica 1

CCL: Chimica

Docente: Prof.ssa Anita Scipioni

Esperienza: n°5

Scopo dell'esperienza

Determinare l’equivalente in acqua del calorimetro sfruttando il calore di combustione dell’acido benzoico (una sostanza madre). Questo ci permette di calcolare con esattezza il calore di reazione scambiato con l’acqua e di conseguenza la possibilità di ricalibrare il calorimetro in uso.

Materiali e strumentazione

• Bomba calorimetrica (o di Berthelot-Mahler)
• Calorimetro ad acqua con termoresistenze ed agitatore (m = 524.5g)
• Computer per l'archiviazione dei dati
• Bilancia di precisione (sensibilità ± 0.001 g)
• Bombola con ossigeno ad alta pressione
• Filo di ferro fino
• Acido benzoico in polvere
• Pressa per pasticca

Principio del metodo

All’interno della bomba avviene la combustione della pasticca di acido benzoico secondo la reazione:

C₆H₅COOH + 7.5 O₂ → 3H₂O + 7CO₂

Per determinare il calore scambiato possiamo ricorrere al primo principio della termodinamica:

ΔU = q + w

Ma dato che non c’è variazione di volume, il lavoro (-pdV) svolto dal sistema è zero dunque l’equazione diventa:

ΔU = q_v

Quindi avremo che il calore scambiato a volume costante sarà uguale a:

ΔU = c_vΔT = nH₂O

Dove ΔT corrisponde alla temperatura dell’acqua nel calorimetro prima e dopo la combustione dell’acido benzoico. Se le condizioni sperimentali dovessero portare alla formazione di vapor d’acqua, ovviamente occorre determinare una quantità di calore diversa.

Elaborazione dati

Una volta allestita la bomba e fatta partire la combustione, si noterà che la temperatura dell’acqua del calorimetro avrà un andamento simile a quello riportato in grafico; ciò è segno di una reazione ben riuscita, quindi l’acido benzoico ha bruciato efficacemente e completamente:

T_in / °C

18,4

18,2

18,0

17,8 / °C

T_in 17,6

17,4

17,2

17

0 200 400 600 800 1000 1200 time / s

Da questo grafico si può notare che prima e dopo la combustione la temperatura, ovviamente, ha un andamento costante; effettuando un fitting lineare dei valori in questione possiamo determinare il ΔT che ci occorre per il calcolo del calore scambiato con l’acqua; per fare questo si effettua una differenza dei valori di intercetta delle rette.