Kalorimetrija Katere študije in aplikacije

The kalorimetrijo gre za tehniko, ki določa spremembe v vsebnosti kalorij v sistemu, ki je povezan s kemičnim ali fizikalnim procesom. Temelji na merjenju temperaturnih sprememb, ko sistem absorbira ali oddaja toploto. Kalorimeter je oprema, ki se uporablja v reakcijah, pri katerih gre za izmenjavo toplote.

Kar je znano kot "skodelica za kavo", je najpreprostejša oblika te vrste naprave. Z njegovo uporabo merimo količino toplote, ki je vključena v reakcije, izvedene pri konstantnem tlaku v vodni raztopini. Kavni kalorimeter v obliki skodelice je sestavljen iz polistirenske posode, ki je nameščena v čašo.

Voda je nameščena v polistirensko posodo, opremljeno s pokrovom iz istega materiala, ki mu daje določeno stopnjo toplotne izolacije. Poleg tega ima posoda termometer in mehanski mešalnik.

Ta kalorimeter meri količino toplote, ki se absorbira ali oddaja, odvisno od tega, ali je reakcija endotermna ali eksotermna, kadar reakcija poteka v vodni raztopini. Sistem, ki ga je treba raziskati, je sestavljen iz reagentov in proizvodov.

Indeks

• 1 Kaj študira??
• 2 Kalorična zmogljivost kalorimetra
  • 2.1 Primer uporabe kalorimetra za izračun specifične toplote
• 3 kalorimetrične črpalke
• 4 Vrste kalorimetra
  • 4.1 Izotermni titracijski kalorimeter (CTI)
  • 4.2 Diferencialni merilni kalorimeter
• 5 Aplikacije
  • 5.1 Uporaba izotermične titracijske kalorimetrije
  • 5.2 Uporaba diferenčne dinamične kalorimetrije
• 6 Reference

Kaj študira??

Kalorimetrija preučuje razmerje med toplotno energijo, povezano s kemijsko reakcijo, in načinom, kako se uporablja za določanje spremenljivk iste. Njegove aplikacije na področju raziskav upravičujejo obseg teh metod.

Kalorična zmogljivost kalorimetra

Ta zmogljivost se izračuna tako, da se količina toplote, ki jo absorbira kalorimeter, deli s spremembo temperature. Ta sprememba je produkt toplote, ki se oddaja v eksotermni reakciji, ki je enaka:

Količina toplote, ki jo absorbira kalorimeter + količina toplote, ki jo absorbira raztopina

Spremembe se lahko določijo z dodajanjem znane količine toplote z merjenjem spremembe temperature. Za to določitev kalorične zmogljivosti se običajno uporablja benzojska kislina, ker je znana njena toplota zgorevanja (3,227 kJ / mol)..

Količinsko zmogljivost lahko določite tudi z dodajanjem toplote skozi električni tok.

Primer kalorimetra za izračun specifične toplote

Bar s 95 g kovine se segreje na 400 ° C, pri čemer takoj vzamemo kalorimeter s 500 g vode, najprej pri 20 ° C. Končna temperatura sistema je 24 ° C. Izračunajte specifično toploto kovine.

Δq = m x ce x Δt

V tem izrazu:

Δq = sprememba obremenitve.

m = masa.

ce = specifična toplota.

Δt = nihanje temperature.

Toplota, ki jo pridobiva voda, je enaka toploti, ki se sprosti iz kovinske palice.

Ta vrednost je podobna tisti, ki je prikazana v posebni toplotni tabeli za srebro (234 J / kg ºC).

Ena od aplikacij kalorimetrije je torej sodelovanje pri identifikaciji materialov.

Kalorimetrična črpalka

Sestavljen je iz jeklene posode, znane kot črpalka, odporne na visoke tlake, ki se lahko pojavijo med reakcijami, ki se pojavijo v tej posodi; ta vsebnik je priključen na vžigni krog za začetek reakcije.

Črpalka je potopljena v veliko posodo z vodo, katere funkcija je, da absorbira toploto, ki nastaja v črpalki med reakcijami, zaradi česar je sprememba temperature majhna. Posoda za vodo je opremljena s termometrom in mehanskim mešalom.

Energetske spremembe se merijo praktično pri konstantnem volumnu in temperaturi, tako da ni nobenega dela na reakcijah, ki se pojavljajo v črpalki.

E = q

ΔE je sprememba notranje energije v reakciji in q toplota, ki nastane pri tem.

Vrste kalorimetra

Izotermni titracijski kalorimeter (CTI)

Kalorimeter ima dve celici: v eni je postavljen vzorec, v drugem pa referenčni, običajno se postavi voda.

Razlika v temperaturi, ki nastane med celicami - zaradi reakcije, ki se pojavi v celici vzorca - se prekliče s sistemom povratnih informacij, ki vbrizga toploto, da izenači temperature celic..

Ta tip kalorimetra omogoča spremljanje interakcije med makromolekulami in njihovimi ligandi.

Diferencialni skenirni kalorimeter

Ta kalorimeter ima dve celici, enako kot CTI, vendar ima napravo, ki omogoča določanje temperature in toplotnih tokov, povezanih s spremembami materiala kot funkcije časa..

Ta tehnika daje informacije o zlaganju proteinov in nukleinskih kislin ter o njihovi stabilizaciji.

Aplikacije

-Kalorimetrija omogoča določitev izmenjave toplote, ki se pojavi v kemijski reakciji, kar omogoča jasnejše razumevanje tega mehanizma.

-Z določitvijo specifične toplote materiala kalorimetrija zagotavlja podatke, ki pomagajo pri identifikaciji.

-Ker obstaja neposredna sorazmernost med toplotno spremembo reakcije in koncentracijo reaktantov, skupaj z dejstvom, da kalorimetrija ne zahteva jasnih vzorcev, se lahko ta tehnika uporabi za določanje koncentracije snovi v kompleksnih matricah..

-Na področju kemijskega inženirstva se kalorimetrija uporablja v varnostnem procesu, kakor tudi na različnih področjih optimizacijskega procesa, kemijske reakcije in v obratovalni enoti..

Uporaba izotermne titracijske kalorimetrije

-Sodeluje pri vzpostavljanju mehanizma encimskega delovanja in njegove kinetike. Ta tehnika lahko meri reakcije med molekulami, ugotavlja afiniteto vezave, stehiometrijo, entalpijo in entropijo v raztopini, brez potrebe po markerjih..

-Ocenjuje interakcijo nanodelcev z beljakovinami in je v povezavi z drugimi analitskimi metodami pomembno orodje za beleženje konformacijskih sprememb beljakovin.

-Uporablja se pri ohranjanju hrane in pridelkov.

-Kot je za ohranjanje hrane, lahko določite njeno poslabšanje in rok uporabnosti (mikrobiološka aktivnost). Učinkovitost različnih načinov konzerviranja živil lahko primerjate in lahko določite optimalni odmerek konzervansov, kakor tudi razgradnjo na embalaži..

-Kot za rastlinske pridelke, lahko preučite kalivost semena. Ker so v vodi in v prisotnosti kisika, sproščajo toploto, ki jo lahko izmerimo z izotermičnim kalorimetrom. Preučuje starost in neustrezno skladiščenje semen ter preučuje njihovo stopnjo rasti, ko se soočata s spremembami temperature, pH ali različnih kemikalij..

-Končno lahko izmeri biološko aktivnost tal. Poleg tega lahko zazna bolezni.

Uporaba diferenčne dinamične kalorimetrije

-Skupaj z izotermno kalorimetrijo je omogočila proučevanje interakcij proteinov z njihovimi ligandi, alosterične interakcije, zlaganja proteinov in mehanizma njihove stabilizacije..

-Lahko neposredno izmerite toploto, ki se sprosti ali absorbira med molekularno vezavo.

-Diferencialna skenirna kalorimetrija je termodinamično orodje za neposredno vzpostavitev absorpcije kalorijske energije, ki se pojavi v vzorcu. To nam omogoča analizo dejavnikov, ki vplivajo na stabilnost proteinske molekule.

-Raziskuje tudi termodinamiko prehoda nukleinske kisline. Tehnika omogoča določanje oksidativne stabilnosti izolirane linoleinske kisline in vezave na druge lipide.

-Tehnika se uporablja pri kvantifikaciji farmacevtskih nano-trdnih snovi in ​​toplotni karakterizaciji nanostrukturiranih lipidnih transporterjev..

Reference

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. in Stanley, G. Kemija. (2008). 8. izd. Učenje ukaza Cengage.
2. Rehak, N. N. in Young, D. S. (1978). Možne uporabe kalorimetrije v kliničnem laboratoriju. Clin. Chem., 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Uporaba reakcijske kalorimetrije v kemijskem inženirstvu. J. Therm. Anal 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P. C. in Salemme, F. R. (2003). Uporaba kalorimetričnih metod za odkrivanje zdravil in proučevanje interakcij beljakovin. Curr. Opin. Struct. Biol., 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. in Ranjbar, B. (2010).  Diferencialne skenirne kalorimetrične tehnike: aplikacije v biologiji in nanoznanosti. J. Biol., Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. in Wilkins, T. (2017). Uporaba izotermne titracijske kalorimetrije pri ovrednotenju interakcij med proteini in nanodelci. J. Therm. Anal 127: 605-613.
7. Konzorcij za kolegij za biološke vede. (7. julij 2014). Kalorimeter skodelice za kavo. [Slika] Pridobljeno 7. junija 2018 od: commons.wikimedia.org