Kalorimetria Aké štúdie a aplikácie

kalorimetria je to technika, ktorá určuje zmeny v kalorickom obsahu systému spojeného s chemickým alebo fyzikálnym procesom. Je založený na meraní teplotných zmien, keď systém absorbuje alebo emituje teplo. Kalorimeter je zariadenie, ktoré sa používa pri reakciách, pri ktorých dochádza k výmene tepla.

Čo je známe ako "šálka kávy", je najjednoduchšia forma tohto typu zariadenia. Svojím použitím sa meria množstvo tepla, ktoré je súčasťou reakcií uskutočňovaných pri konštantnom tlaku vo vodnom roztoku. Kávový kalorimeter pohára sa skladá z polystyrénovej nádoby, ktorá sa umiestni do kadičky.

Voda sa umiestni do polystyrénového kontajnera, vybaveného vekom z toho istého materiálu, ktorý poskytuje určitý stupeň tepelnej izolácie. Okrem toho má nádoba teplomer a mechanické miešadlo.

Tento kalorimeter meria množstvo tepla, ktoré je absorbované alebo emitované v závislosti od toho, či je reakcia endotermická alebo exotermická, keď sa reakcia uskutočňuje vo vodnom roztoku. Študovaný systém pozostáva z činidiel a produktov.

index

• 1 Čo študuje??
• 2 Kalorická kapacita kalorimetra
  • 2.1 Príklad použitia kalorimetra na výpočet špecifického tepla
• 3 kalorimetrické čerpadlo
• 4 Typy kalorimetra
  • 4.1 Izotermický titračný kalorimeter (CTI)
  • 4.2 Diferenciálny skenovací kalorimeter
• 5 Aplikácie
  • 5.1 Použitie izotermálnej titračnej kalorimetrie
  • 5.2 Použitie diferenciálnej skenovacej kalorimetrie
• 6 Referencie

Čo študuje?

Kalorimetria skúma vzťah medzi tepelnou energiou spojenou s chemickou reakciou a tým, ako sa používa na stanovenie rovnakých premenných. Jej aplikácie v oblasti výskumu odôvodňujú rozsah týchto metód.

Kalorická kapacita kalorimetra

Táto kapacita sa vypočíta vydelením množstva tepla absorbovaného kalorimetrom zmenou teploty. Táto variácia je výsledkom tepla, ktoré je emitované exotermickou reakciou, ktorá sa rovná:

Množstvo tepla absorbovaného kalorimetrom + množstvo tepla absorbovaného roztokom

Zmena môže byť určená pridaním známeho množstva tepla meraním zmeny teploty. Na toto stanovenie kalorickej kapacity sa zvyčajne používa kyselina benzoová, pretože je známe jej spaľovacie teplo (3 227 kJ / mol)..

Môžete tiež určiť kalorickú kapacitu pridaním tepla cez elektrický prúd.

príklad použitia kalorimetra na výpočet špecifického tepla

Tyčinka s hmotnosťou 95 g sa zahreje na 400 ° C a okamžite sa odoberie kalorimeter s 500 g vody, spočiatku pri 20 ° C. Konečná teplota systému je 24 ° C. Vypočítajte špecifické teplo kovu.

Δq = m x ce x Δt

V tomto výraze:

Δq = zmena zaťaženia.

m = hmotnosť.

ce = špecifické teplo.

Δt = kolísanie teploty.

Teplo získané vodou je rovnaké ako teplo uvoľnené z kovovej tyče.

Táto hodnota je podobná hodnote, ktorá sa objavuje v špecifickej tabuľke tepla pre striebro (234 J / kg ºC).

Jednou z aplikácií kalorimetrie je teda spolupráca pri identifikácii materiálov.

Kalorimetrické čerpadlo

Skladá sa z oceľového kontajnera, známeho ako čerpadlo, odolného voči vysokým tlakom, ktoré môžu vzniknúť počas reakcií, ktoré sa vyskytujú v tejto nádobe; táto nádoba je pripojená k zapaľovaciemu okruhu na spustenie reakcií.

Čerpadlo je ponorené do veľkej nádoby s vodou, ktorej funkciou je absorbovať teplo, ktoré je generované v čerpadle počas reakcií, čo spôsobuje, že zmena teploty je malá. Nádoba na vodu je vybavená teplomerom a mechanickým miešadlom.

Zmeny energie sa merajú prakticky pri konštantnom objeme a teplote, takže sa nevykonávajú žiadne reakcie na reakciách, ktoré sa vyskytujú v čerpadle.

AE = q

AE je variácia vnútornej energie v reakcii a q teplo generované v tejto reakcii.

Typy kalorimetra

Izotermický titračný kalorimeter (CTI)

Kalorimeter má dve bunky: v jednej je umiestnená vzorka av druhej je referenčná, zvyčajne je umiestnená voda.

Rozdiel teploty, ktorý vzniká medzi bunkami - v dôsledku reakcie, ktorá sa vyskytuje v bunke vzorky - je zrušený systémom spätnej väzby, ktorý vstrekuje teplo na vyrovnanie teplôt buniek..

Tento typ kalorimetra umožňuje sledovať interakciu medzi makromolekulami a ich ligandmi.

Diferenciálny skenovací kalorimeter

Tento kalorimeter má dve bunky, rovnako ako CTI, ale má zariadenie, ktoré umožňuje určiť teplotu a tepelné toky spojené so zmenami materiálu ako funkcie času..

Táto technika poskytuje informácie o skladaní proteínov a nukleových kyselín, ako aj o ich stabilizácii.

aplikácie

-Kalorimetria umožňuje určiť výmenu tepla, ku ktorej dochádza pri chemickej reakcii, čo umožňuje jasnejšie pochopiť mechanizmus tohto procesu.

-Stanovením špecifického tepla materiálu kalorimetria poskytuje údaje, ktoré pomáhajú jej identifikácii.

-Pretože existuje priama proporcionalita medzi tepelnou zmenou reakcie a koncentráciou reaktantov spolu so skutočnosťou, že kalorimetria nevyžaduje jasné vzorky, táto technika sa môže použiť na stanovenie koncentrácie látok prítomných v komplexných matriciach..

-V oblasti chemického inžinierstva sa kalorimetria používa v bezpečnostnom procese, ako aj v rôznych oblastiach procesu optimalizácie, chemickej reakcie a prevádzkovej jednotky..

Použitie izotermálnej titračnej kalorimetrie

-Spolupracuje pri vytváraní mechanizmu enzymatického pôsobenia, ako aj v jeho kinetike. Táto technika môže merať reakcie medzi molekulami, určovať väzbovú afinitu, stechiometriu, entalpiu a entropiu v roztoku bez potreby markerov..

-Vyhodnocuje interakciu nanočastíc s proteínmi av spojení s inými analytickými metódami je dôležitým nástrojom na zaznamenávanie konformačných zmien proteínov..

-Má uplatnenie pri ochrane potravín a plodín.

-Pokiaľ ide o ochranu potravín, môžete určiť jeho zhoršenie a trvanlivosť (mikrobiologická aktivita). Môžete porovnať efektívnosť rôznych metód konzervácie potravín a môžete určiť optimálnu dávku konzervačných látok, ako aj degradáciu v kontrole balenia..

-Pokiaľ ide o zeleninové plodiny, môžete študovať klíčivosť semien. Keďže sú vo vode av prítomnosti kyslíka, uvoľňujú teplo, ktoré je možné merať izotermickým kalorimetrom. Skúma vek a nedostatočné skladovanie semien a skúma ich rýchlosť rastu, keď čelia zmenám teploty, pH alebo rôznych chemikálií..

-Nakoniec môže merať biologickú aktivitu pôd. Okrem toho dokáže odhaliť choroby.

Použitie diferenciálnej skenovacej kalorimetrie

-Spolu s izotermálnou kalorimetriou umožnila študovať interakciu proteínov s ich ligandmi, alosterickú interakciu, skladanie proteínov a mechanizmus ich stabilizácie..

-Môžete priamo merať teplo, ktoré sa uvoľní alebo absorbuje počas udalosti molekulárnej väzby.

-Diferenciálna skenovacia kalorimetria je termodynamický nástroj na priame stanovenie príjmu kalorickej energie vo vzorke. To nám umožňuje analyzovať faktory, ktoré zasahujú do stability proteínovej molekuly.

-Tiež študuje termodynamiku prechodu nukleovej kyseliny. Táto technika umožňuje stanovenie oxidačnej stability izolovanej kyseliny linolovej a kondenzácie s inými lipidmi.

-Táto technika sa používa pri kvantifikácii farmaceutických nano-pevných látok a pri tepelnej charakterizácii nanostruktúrovaných transportérov lipidov..

referencie

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. a Stanley, G. chémia. (2008). 8. vydanie. Cengage Učenie Edit.
2. Rehak, N. N. a Young, D. S. (1978). Prospektívne aplikácie kalorimetrie v klinickom laboratóriu. Clin. Chem., 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Aplikácia reakčnej kalorimetrie v chemickom inžinierstve. J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P. C. a Salemme, F. R. (2003). Aplikácia kalorimetrických metód na objavovanie liečiv a štúdium interakcií proteínov. Akt. Opin. Struct. Biol., 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. a Ranjbar, B. (2010).  Diferenciálne skenovacie kalorimetrické techniky: aplikácie v biológii a nanovedách. J. Biol Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. a Wilkins, T. (2017). Aplikácie izotermálnej titračnej kalorimetrie pri hodnotení interakcií proteín-nanočastice. J. Therm. Anal. 127: 605-613.
7. Konzorcium Community College pre Bioscience Credentials. (7. júla 2014). Kávový kalorimeter. [Obrázok]. Získané dňa 7. júna 2018, z: commons.wikimedia.org