Kalorimetria Milyen tanulmányok és alkalmazások

az hőmennyiségmérés ez egy olyan technika, amely meghatározza a kémiai vagy fizikai folyamathoz kapcsolódó rendszer kalóriatartalmának változását. A hőmérséklet-változások mérésén alapul, amikor a rendszer hőt vesz fel vagy bocsát ki. A kaloriméter az a berendezés, amelyet a reakcióban használnak, amelyben a hőcserélő részt vesz.

A "kávéscsésze" az ilyen típusú eszköz legegyszerűbb formája. Használatával mérjük a vizes oldatban állandó nyomáson végzett reakciókban bekövetkező hőmennyiséget. Egy csésze típusú kávé kaloriméter egy polisztirol tartályból áll, amelyet egy főzőpohárba helyeznek.

A vizet a polisztirol tartályba helyezik, amely ugyanolyan anyagú fedéllel van ellátva, amely bizonyos fokú hőszigetelést biztosít. Ezenkívül a tartályban hőmérő és mechanikus keverő van.

Ez a kaloriméter az elnyelt vagy kibocsátott hőmennyiséget méri, attól függően, hogy a reakció endoterm vagy exoterm, ha a reakció vizes oldatban történik. A vizsgálandó rendszer reagensekből és termékekből áll.

index

• 1 Mit tanul??
• 2 Kaloriméter kalória-kapacitása
  • 2.1 Példa a kaloriméter használatára a fajlagos hő kiszámításához
• 3 kalorimetrikus szivattyú
• 4 A kaloriméter típusai
  • 4.1 Izotermális titráló kaloriméter (CTI)
  • 4.2. Különböző szkennelési kaloriméter
• 5 Alkalmazások
  • 5.1 Az izoterm titrálási kalorimetria alkalmazása
  • 5.2 Különböző szkennelési kalorimetria használata
• 6 Referenciák

Mit tanul?

A kalorimetria vizsgálja a kémiai reakcióhoz kapcsolódó hőenergia viszonyát és azt, hogy hogyan használják fel az azonos változók meghatározására. Alkalmazásai a kutatás területén indokolják e módszerek alkalmazási körét.

A kaloriméter kalória-kapacitása

Ezt a kapacitást úgy számítjuk ki, hogy elosztjuk a kaloriméter által elnyelt hőmennyiséget a hőmérséklet változásával. Ez a változás az exoterm reakcióban kibocsátott hőnek a terméke, amely egyenlő:

A kaloriméter által elnyelt hőmennyiség + az oldat által elnyelt hőmennyiség

A változás meghatározható egy ismert mennyiségű hő hozzáadásával a hőmérséklet változásának mérésével. A kalória-kapacitás meghatározásához általában a benzoesavat használják, mivel az égési hőt ismerik (3,227 kJ / mol)..

Azt is meghatározhatja, hogy a kalória-kapacitás villamos áramon keresztül hőt adjon hozzá.

példa a kaloriméter használata a fajlagos hő kiszámításához

95 g fémréteget 400 ° C-ra melegítünk, azonnal kalorimétert véve 500 g vízzel, kezdetben 20 ° C-on. A rendszer végső hőmérséklete 24 ° C. Számolja ki a fém fajlagos hőjét.

Δq = m x ce x Δt

Ebben a kifejezésben:

Δq = terhelésváltozás.

m = tömeg.

ce = fajlagos hő.

Δt = hőmérsékletváltozás.

A víz által termelt hő egyenlő a fémrúd által kibocsátott hővel.

Ez az érték megegyezik az ezüst (234 J / kg ºC) hőmennyiség táblázatában feltüntetett értékkel..

Tehát a kalorimetria egyik alkalmazása az anyagok azonosítására irányuló együttműködés.

Kalorimetrikus szivattyú

Ez egy acél tartályból áll, amely szivattyúként ismert, és ellenáll a magas nyomásoknak, amelyek az ebben a tartályban fellépő reakciók során felmerülhetnek; ez a tartály a gyújtóáramkörhöz csatlakozik a reakciók elindításához.

A szivattyút egy nagy tartályba merítik vízzel, amelynek feladata a szivattyúban keletkező hő felszívása a reakció során, és így a hőmérséklet változása kicsi. A víztartály hőmérővel és mechanikus keverővel van felszerelve.

Az energia változásait gyakorlatilag állandó térfogatban és hőmérsékleten mérik, így a szivattyúban fellépő reakciók nem végeznek munkát.

ΔE = q

AE a belső energia változása a reakcióban és q az ebben keletkező hő.

A kaloriméter típusai

Izoterm titráló kaloriméter (CTI)

A kaloriméternek két cellája van: egyben a mintát helyezzük el, a másikban a referenciaegységet, általában vizet helyezünk el.

A cellák között keletkező hőmérsékletkülönbséget - a minta cellájában fellépő reakció miatt - egy visszacsatoló rendszer törli, amely a hőt a sejtek hőmérsékletének kiegyenlítésére injektálja..

Ez a fajta kaloriméter lehetővé teszi a makromolekulák és ligandjaik közötti kölcsönhatások követését.

Differenciál pásztázó kaloriméter

Ez a kaloriméter két cellával rendelkezik, ugyanaz, mint a CTI, de van egy olyan eszköz, amely lehetővé teszi az anyag változásaihoz kapcsolódó hőmérséklet és hőáramlás meghatározását az idő függvényében..

Ez a technika információt nyújt a fehérjék és a nukleinsavak összecsukásáról, valamint azok stabilizálásáról.

alkalmazások

-A kalorimetria lehetővé teszi a kémiai reakcióban bekövetkező hőcserét meghatározni, lehetővé téve annak egyértelműbb megértését.

-Az anyag specifikus hőjének meghatározásával a kalorimetria olyan adatokat szolgáltat, amelyek segítik az azonosítását.

-Mivel közvetlen reakció áll fenn a reakció hőváltozása és a reagensek koncentrációja között, azzal a ténnyel, hogy a kalorimetria nem igényel tiszta mintákat, ezt a technikát alkalmazhatjuk összetett mátrixokban jelen lévő anyagok koncentrációjának meghatározására..

-A vegyipar területén a kalorimetriát használják a biztonsági folyamatban, valamint az optimalizálási folyamat, a kémiai reakció és a működési egység különböző területein..

Az izoterm titrálási kalorimetria alkalmazása

-Együttműködik az enzimatikus hatásmechanizmus kialakításában, valamint a kinetikájában. Ez a technika mérheti a molekulák közötti reakciókat, meghatározva a kötési affinitást, a sztöchiometriát, az entalpiát és az entrópiát a marker nélkül..

-A nanorészecskék fehérjékkel való kölcsönhatását értékeli és más analitikai módszerekkel együtt fontos eszköz a fehérjék konformációs változásainak rögzítésére..

-Alkalmazása az élelmiszerek és a növények védelmére.

-Az élelmiszerek megőrzését illetően meghatározhatja annak romlását és eltarthatóságát (mikrobiológiai aktivitás). Összehasonlíthatja a különböző élelmiszer-megőrzési módszerek hatékonyságát, és meg tudja határozni a tartósítószerek optimális dózisát, valamint a csomagolás szabályozásában bekövetkező lebomlást..

-A növényi növények esetében a vetőmag csírázását tanulmányozhatja. Vízben és oxigén jelenlétében hőt termelnek, amelyet izoterm kaloriméterrel mérhetünk. Megvizsgálja a vetőmag korát és nem megfelelő tárolását, és vizsgálja a növekedési sebességet, amikor a hőmérséklet, a pH vagy a különböző vegyi anyagok változásaival szembesül..

-Végül mérheti a talaj biológiai aktivitását. Ezenkívül képes felismerni a betegségeket.

Különböző szkennelési kalorimetria alkalmazása

-Az izotermikus kalorimetriával együtt lehetővé tette a fehérjék ligandumokkal való kölcsönhatásának tanulmányozását, az alloszterikus kölcsönhatást, a fehérjék összecsukását és stabilizálódási mechanizmusát..

-A molekuláris kötéses esemény során felszabaduló vagy felszívódó hőt közvetlenül mérheti.

-A differenciális pásztázó kalorimetria egy termodinamikai eszköz a mintában előforduló kalóriaenergia felvétel közvetlen meghatározására. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy elemezzük azokat a tényezőket, amelyek befolyásolják a fehérje molekula stabilitását.

-Tanulmányozza a nukleinsav hajtogatási átmenet termodinamikáját is. A technika lehetővé teszi, hogy meghatározzuk az egyéb lipidekhez kapcsolt linolsav oxidatív stabilitását.

-A technikát alkalmazzák a gyógyszerészeti nanorészecskék mennyiségi meghatározására és a nanoszerkezetű lipid transzporterek termikus jellemzésére..

referenciák

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. és Stanley, G. kémia. (2008). 8. ed. Cengage Learning Edit.
2. Rehak, N. N. és Young, D. S. (1978). A klinikai laboratóriumban a kalorimetria lehetséges alkalmazásai. Clin. Chem. 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). A reakció kalorimetria alkalmazása a vegyiparban. J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, C. C. és Salemme, F. R. (2003). Kalorimetriás módszerek alkalmazása a gyógyszerek felfedezésére és a fehérje kölcsönhatások vizsgálatára. Akt. Opin. Struct. Biol. 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. és Ranjbar, B. (2010).  Különböző szkennelési kalorimetriás technikák: alkalmazások biológiában és nanotudományban. J. Biol. Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. és Wilkins, T. (2017). Az izoterm titrálási kalorimetria alkalmazása a fehérje-nanorészecske kölcsönhatások értékelésében. J. Therm. Anal. 127, 605-613.
7. Közösségi Főiskolai Konzorcium a Bioscience Credentials számára. (2014. július 7.). Kávéscsésze kaloriméter. [Ábra]. A (z) 2018. június 7-én érkezett: commons.wikimedia.org