Kalorimetrija Što studije i primjene

kalorimetrija to je tehnika koja određuje promjene u kalorijskom sadržaju sustava povezanog s kemijskim ili fizičkim procesom. Temelji se na mjerenju temperaturnih promjena kada sustav apsorbira ili emitira toplinu. Kalorimetar je oprema koja se koristi u reakcijama u kojima je uključena izmjena topline.

Ono što je poznato kao "šalica za kavu" je najjednostavniji oblik ove vrste uređaja. Njegovom uporabom mjeri se količina topline koja je uključena u reakcije provedene pri konstantnom tlaku u vodenoj otopini. Kalorimetar kave u obliku šalice sastoji se od polistirenske posude koja se nalazi u čaši.

Voda se stavlja u polistirenski spremnik, opremljen poklopcem istog materijala koji mu daje određeni stupanj toplinske izolacije. Osim toga, spremnik ima termometar i mehaničku mješalicu.

Ovaj kalorimetar mjeri količinu topline koja se apsorbira ili emitira, ovisno o tome je li reakcija endotermna ili egzotermna, kada se reakcija odvija u vodenoj otopini. Sustav koji se proučava sastoji se od reagensa i proizvoda.

indeks

• 1 Što uči??
• 2 Kalorimetrijski kapacitet kalorimetra
  • 2.1 Primjer uporabe kalorimetra za izračun specifične topline
• 3 kalorimetrijska pumpa
• 4 Vrste kalorimetra
  • 4.1 Izotermni titracijski kalorimetar (CTI)
  • 4.2 Diferencijalni skenirajući kalorimetar
• 5 Aplikacije
  • 5.1. Upotreba izotermne titracijske kalorimetrije
  • 5.2 Upotreba diferencijalne skenirajuće kalorimetrije
• 6 Reference

Što on proučava?

Kalorimetrija proučava odnos između toplinske energije povezane s kemijskom reakcijom i načina na koji se ona koristi za određivanje varijabli iste. Njegove primjene u području istraživanja opravdavaju opseg tih metoda.

Kaloričnost kalorimetra

Taj kapacitet izračunava se dijeljenjem količine topline koju apsorbira kalorimetar s promjenom temperature. Ova varijacija je proizvod topline koja se emitira u egzotermnoj reakciji, koja je jednaka:

Količina topline koju apsorbira kalorimetar + količina topline koju otopina apsorbira

Varijacija se može odrediti dodavanjem poznate količine topline mjerenjem promjene temperature. Za ovo određivanje kalorijske snage obično se koristi benzojeva kiselina, jer je poznata toplina izgaranja (3.227 kJ / mol).

Kapacitet kalorija možete odrediti dodavanjem topline električnom strujom.

primjer korištenja kalorimetra za izračun specifične topline

Šipka od 95 g metala zagrijava se na 400 ° C, odmah uzimajući kalorimetar s 500 g vode, najprije pri 20 ° C. Konačna temperatura sustava je 24ºC. Izračunajte specifičnu toplinu metala.

Δq = m x ce x Δt

U ovom izrazu:

Δq = varijacija opterećenja.

m = masa.

ce = specifična toplina.

Δt = varijacija temperature.

Toplina koju dobiva voda jednaka je toplini koju oslobađa metalna šipka.

Ova vrijednost je slična onoj koja se pojavljuje u određenoj tablici topline za srebro (234 J / kg ºC).

Dakle, jedna od primjena kalorimetrije je suradnja za identifikaciju materijala.

Kalorimetrijska pumpa

Sastoji se od čeličnog spremnika, poznatog kao pumpa, otpornog na visoke tlakove koji se mogu pojaviti tijekom reakcija koje se pojavljuju u ovom spremniku; ovaj spremnik je spojen na krug paljenja da započne reakcije.

Pumpa je uronjena u veliki spremnik s vodom, čija je funkcija apsorbiranje topline koja se stvara u pumpi tijekom reakcija, što dovodi do male promjene temperature. Spremnik za vodu opremljen je termometrom i mehaničkom miješalicom.

Promjene energije izmjerene su praktički na konstantnom volumenu i temperaturi, tako da se ne radi na reakcijama koje se događaju u pumpi.

E = q

IsE je varijacija unutarnje energije u reakciji i q topline generirane u njoj.

Vrste kalorimetra

Izotermni titracijski kalorimetar (CTI)

Kalorimetar ima dvije ćelije: u jednom je postavljen uzorak, au drugom, referentni, obično se postavlja voda.

Razlika u temperaturi koja se stvara između stanica - zbog reakcije koja se odvija u ćeliji uzorka - poništava se sustavom povratne sprege koji ubrizgava toplinu za izjednačavanje temperatura stanica.

Ovaj tip kalorimetra omogućuje praćenje interakcije između makromolekula i njihovih liganda.

Diferencijalni skenirajući kalorimetar

Ovaj kalorimetar ima dvije ćelije, iste kao i CTI, ali ima uređaj koji omogućuje određivanje temperature i toplinskih tokova povezanih s promjenama materijala kao funkcije vremena..

Ova tehnika daje informacije o preklapanju proteina i nukleinskih kiselina, kao io njihovoj stabilizaciji.

aplikacije

-Kalorimetrija omogućuje određivanje izmjene topline koja se javlja u kemijskoj reakciji, što omogućuje jasnije razumijevanje mehanizma.

-Određivanjem specifične topline materijala, kalorimetrija daje podatke koji pomažu u njegovoj identifikaciji.

-Budući da postoji izravna proporcionalnost između promjene topline reakcije i koncentracije reaktanata, uz činjenicu da kalorimetrija ne zahtijeva jasne uzorke, ova se tehnika može koristiti za određivanje koncentracije tvari prisutnih u kompleksnim matricama..

-U području kemijskog inženjerstva kalorimetrija se koristi u sigurnosnom procesu, kao iu različitim područjima optimizacijskog procesa, kemijske reakcije i u pogonskoj jedinici..

Primjena izotermne titracijske kalorimetrije

-Surađuje u uspostavljanju mehanizma enzimatskog djelovanja, kao iu njegovoj kinetici. Ova tehnika može mjeriti reakcije između molekula, određivanje afiniteta vezanja, stehiometrije, entalpije i entropije u otopini bez potrebe za markerima.

-Procjenjuje interakciju nanočestica s proteinima i, zajedno s drugim analitičkim metodama, važan je alat za bilježenje konformacijskih promjena proteina.

-Primjenjuje se u očuvanju hrane i usjeva.

-Što se tiče konzerviranja hrane, možete odrediti njezino propadanje i rok trajanja (mikrobiološka aktivnost). Možete usporediti učinkovitost različitih načina konzerviranja hrane, te ste u mogućnosti odrediti optimalnu dozu konzervansa, kao i degradaciju u kontroli pakiranja..

-Što se tiče povrća, možete proučavati klijavost sjemena. Budući da su u vodi i u prisutnosti kisika, oslobađaju toplinu koja se može izmjeriti izotermnim kalorimetrom. Istražuje se starost i neadekvatno skladištenje sjemena i proučava njihova stopa rasta kada se suoče s promjenama temperature, pH ili različitih kemikalija..

-Konačno, on može mjeriti biološku aktivnost tla. Osim toga, može otkriti bolesti.

Primjena diferencijalne skenirajuće kalorimetrije

-Zajedno s izotermnom kalorimetrijom omogućila je proučavanje interakcije proteina s njihovim ligandima, alosterične interakcije, preklapanja proteina i mehanizma njihove stabilizacije.

-Možete izravno izmjeriti toplinu koja se oslobađa ili apsorbira tijekom događaja molekularne veze.

-Diferencijalna skenirajuća kalorimetrija je termodinamički alat za izravnu uspostavu unosa kalorijske energije koja se javlja u uzorku. To nam omogućuje analizu čimbenika koji utječu na stabilnost molekule proteina.

-Također proučava termodinamiku prijelaza preklapanja nukleinske kiseline. Tehnika omogućuje određivanje oksidacijske stabilnosti izolirane linoleinske kiseline i povezivanja s drugim lipidima.

-Tehnika se primjenjuje u kvantifikaciji farmaceutskih nano-krutina i toplinskoj karakterizaciji nanostrukturiranih lipidnih transportera.

reference

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. i Stanley, G. kemija. (2008). 8. izd. Cengage Learning Edit.
2. Rehak, N.N. i Young, D.S. (1978). Moguće primjene kalorimetrije u kliničkom laboratoriju. Clin. Chem., 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Primjena reakcijske kalorimetrije u kemijskom inženjerstvu. J. Therm. Analni. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P. C. i Salemme, F. R. (2003). Primjena kalorimetrijskih metoda u otkrivanju lijekova i proučavanju interakcija proteina. Curi. Opin. Struct. Biol., 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. i Ranjbar, B. (2010).  Diferencijalne skenirajuće kalorimetrijske tehnike: primjena u biologiji i nanoznanosti. J. Biol., Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. i Wilkins, T. (2017). Primjena izotermne titracione kalorimetrije u procjeni interakcija proteina i nanočestica. J. Therm. Analni. 127: 605-613.
7. Konzorcij Zajednice za biološke znanosti. (7. srpnja 2014.) Kalorimetar za kavu. [Slika]. Preuzeto 7. lipnja 2018. s adrese: commons.wikimedia.org