Kalorimeetria Millised uuringud ja rakendused



The kalorimeetria see on tehnika, mis määrab keemilise või füüsilise protsessiga seotud süsteemi kalorisisalduse muutused. See põhineb temperatuuri muutuste mõõtmisel, kui süsteem neelab või kiirgab soojust. Kalorimeeter on seade, mida kasutatakse reaktsioonides, milles toimub soojusvahetus.

Seda nimetatakse "kohvikanniks" sellist tüüpi seadme lihtsaimaks vormiks. Kasutades mõõdetakse vesilahuses konstantsel rõhul läbi viidud reaktsioonides osaleva soojuse kogust. Kohvikohvi kalorimeeter koosneb polüstüreenist mahutist, mis asetatakse keeduklaasi.

Vesi pannakse polüstüreenist anumasse, mis on varustatud sama materjali kaane, mis annab sellele teatud soojusisolatsiooni. Lisaks on konteineril termomeeter ja mehaaniline segur.

See kalorimeeter mõõdab neelduva või eralduva soojuse kogust sõltuvalt sellest, kas reaktsioon on vesilahuses reaktsioonis endotermiline või eksotermiline. Uuritav süsteem koosneb reaktiividest ja toodetest.

Indeks

  • 1 Mida ta õpib??
  • 2 Kalorimeetri kalorsus
    • 2.1 Näide kalorimeetri kasutamise kohta konkreetse soojuse arvutamiseks
  • 3 kalorimeetriline pump
  • 4 Kalorimeetri tüübid
    • 4.1 Isotermiline tiitrimise kalorimeeter (CTI)
    • 4.2 Diferentsiaalne skaneeriv kalorimeeter
  • 5 Rakendused
    • 5.1 Isotermilise tiitrimise kalorimeetria kasutamine
    • 5.2 Diferentsiaalse skaneeriva kalorimeetria kasutamine
  • 6 Viited

Mida ta õpib?

Kalorimeetria uurib keemilise reaktsiooniga seotud soojusenergia ja selle muutujate määramise vahelist seost. Nende meetodite rakendused õigustavad teadusuuringute valdkonna rakendusi.

Kalorimeetri kalorsus

See võimsus arvutatakse, jagades kalorimeetri poolt neelduva soojuse koguse temperatuurimuutustega. See variatsioon on soojusenergia, mis eraldub eksotermilises reaktsioonis, mis on võrdne:

Kalorimeetri poolt neeldunud soojuse kogus + lahuse neelduva soojuse hulk

Variatsiooni saab määrata, lisades teadaoleva koguse soojust, mõõtes temperatuuri muutust. Selle kalorikoguse määramiseks kasutatakse tavaliselt bensoehapet, kuna selle põlemissoojus on teada (3,227 kJ / mol)..

Samuti saate määrata kalorite võimsuse, lisades soojust elektrivoolu kaudu.

Näide kalorimeetri kasutamise kohta konkreetse soojuse arvutamiseks

95 g metallist baari kuumutatakse 400 ° C-ni, viies kohe kalorimeetri 500 g veega, esialgu temperatuuril 20 ° C. Süsteemi lõpptemperatuur on 24ºC. Arvutage metalli konkreetne soojus.

Δq = m x ce x Δt

Selles väljendis:

Δq = koormuse variatsioon.

m = mass.

ce = konkreetne soojus.

Δt = temperatuuri muutus.

Veega saadud soojus on võrdne metallvardast eralduva soojusega.

See väärtus on sarnane hõbedase soojustabeliga (234 J / kg ºC)..

Niisiis on üks kalorimeetria rakendustest koostöö materjalide identifitseerimiseks.

Kalorimeetriline pump

See koosneb terasest mahutist, mis on tuntud kui pump, mis on vastupidav sellele mahutis tekkivate reaktsioonide ajal tekkivatele suurtele rõhudele; see konteiner on reaktsioonide käivitamiseks ühendatud süütelülitusega.

Pump pannakse veega suure mahutisse, mille ülesanne on absorbeerida pumbas reaktsiooni käigus tekkiv soojus, mistõttu temperatuuri varieerumine on väike. Veepaak on varustatud termomeetri ja mehaanilise segistiga.

Energiamuutusi mõõdetakse praktiliselt konstantse mahu ja temperatuuri juures, seega ei tehta pumba reaktsioone.

ΔE = q

AE on reaktsiooni sisemise energia varieerumine ja selles tekitatud soojus.

Kalorimeetri tüübid

Isotermiline tiitrimise kalorimeeter (CTI)

Kalorimeetril on kaks rakku: ühel juhul asetatakse proov ja teine ​​võrdlusalus, tavaliselt asetatakse vesi.

Rakkude vahel tekkinud temperatuuride erinevus - proovi rakus esineva reaktsiooni tõttu - tühistatakse tagasiside süsteemiga, mis süstib soojust rakkude temperatuuride võrdsustamiseks.

Seda tüüpi kalorimeeter võimaldab jälgida makromolekulide ja nende ligandide vahelist interaktsiooni.

Diferentsiaalne skaneeriv kalorimeeter

Sellel kalorimeetril on kaks rakku, sama nagu CTI, kuid sellel on seade, mis võimaldab määrata materjali muutustega seotud temperatuuri ja soojusvoo aja funktsioonina..

See meetod annab teavet valkude ja nukleiinhapete kokkuklappimise ning nende stabiliseerimise kohta.

Rakendused

-Kalorimeetria võimaldab määrata keemilises reaktsioonis esineva soojuse vahetuse, mis võimaldab selle mehhanismi paremini mõista.

-Materjali spetsiifilise soojuse määramisel annab kalorimeetria andmed selle identifitseerimiseks.

-Kuna reaktsiooni soojuse muutuse ja reaktiivide kontsentratsiooni vahel on otsene proportsionaalsus, koos sellega, et kalorimeetria ei vaja selgeid proove, võib seda tehnikat kasutada komplekssete maatriksite juures olevate ainete kontsentratsiooni määramiseks..

-Keemiatehnoloogia valdkonnas kasutatakse ohutusprotsessis kalorimeetriaid, samuti optimeerimisprotsessi, keemilise reaktsiooni ja operatsiooniüksuse erinevates valdkondades.

Isotermilise tiitrimise kalorimeetria kasutamine

-Ta teeb koostööd nii ensümaatilise toime mehhanismi kui ka kineetika loomisel. See meetod saab mõõta molekulide vahelisi reaktsioone, määrates lahuses sidumisafiinsuse, stöhhiomeetria, entalpia ja entropia ilma markerite vajaduseta..

-Hinnab nanoosakeste koostoimet valkudega ja on koos teiste analüütiliste meetoditega oluline vahend proteiinide konformatsiooniliste muutuste registreerimiseks.

-Ta on rakendanud toidu ja põllukultuuride kaitseks.

-Mis puutub toidu säilitamisse, siis saate määrata selle halvenemise ja säilivusaega (mikrobioloogiline aktiivsus). Võid võrrelda erinevate toidu säilitamise meetodite tõhusust ning teil on võimalik määrata kindlaks säilitusainete optimaalne annus ning lagunemine pakendikontrollis..

-Nagu köögiviljade puhul, saate uurida seemnete idanemist. Vees ja hapniku juuresolekul vabastavad nad soojust, mida saab mõõta isotermilise kalorimeetriga. Ta uurib seemnete vanust ja ebapiisavat ladustamist ning uurib nende kasvukiirust, kui nad puutuvad kokku temperatuuride, pH või erinevate kemikaalidega..

-Lõpuks võib see mõõta muldade bioloogilist aktiivsust. Lisaks võib see avastada haigusi.

Diferentsiaalse skaneeriva kalorimeetria kasutamine

-Koos isotermilise kalorimeetriaga on lubatud uurida valkude ja nende ligandide koostoimet, allosteerilist koostoimet, valkude voltimist ja nende stabiliseerimise mehhanismi..

-Molekulaarse sideme sündmuse käigus vabanenud või neeldunud soojust saab otseselt mõõta.

-Diferentsiaalne skaneeriv kalorimeetria on termodünaamiline vahend, mis võimaldab otseselt määrata proovis esinevat kalorite energiat. See võimaldab meil analüüsida tegureid, mis sekkuvad valgu molekuli stabiilsusse.

-Samuti uurib ta nukleiinhappe voltimise ülemineku termodünaamikat. See meetod võimaldab määrata linoolhappe isoleeritud ja teiste lipiididega ühendatud oksüdatiivse stabiilsuse.

-Seda meetodit kasutatakse farmatseutiliste nano-tahkete ainete kvantifitseerimisel ja nanostruktureeritud lipiidi transporterite termilisel iseloomustamisel..

Viited

  1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. ja Stanley, G. Keemia. (2008). 8. ed. Cengage õppe redigeerimine.
  2. Rehak, N. N. ja Young, D. S. (1978). Kalorimeetria võimalikud rakendused kliinilises laboris. Clin. Chem. 24 (8): 1414-1419.
  3. Stossel, F. (1997). Reaktsioonikalorimeetria rakendused keemiatehnoloogias. J. Therm. Anal 49 (3): 1677-1688.
  4. Weber, P. C. ja Salemme, F. R. (2003). Kalorimeetriliste meetodite rakendused ravimite avastamiseks ja valgu interaktsioonide uurimiseks. Curr. Opin. Struktuur. Biol. 13 (1): 115-121.
  5. Gill, P., Moghadem, T. ja Ranjbar, B. (2010).  Diferentsiaalsed skaneerivad kalorimeetrilised meetodid: rakendused bioloogias ja nanoteaduses. J. Biol. Tech.21 (4): 167-193.
  6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. ja Wilkins, T. (2017). Isotermilise tiitrimise kalorimeetria rakendused valgu-nanoosakeste interaktsioonide hindamisel. J. Therm. Anal 127: 605-613.
  7. Ühenduse kolledži bioseaduse volikirja konsortsium. (7. juuli 2014). Kohvimassi kalorimeeter. [Joonis] Välja otsitud 7. juunil 2018 alates: commons.wikimedia.org