Kalorimetrie Jaké studie a aplikace

kalorimetrie je to technika, která určuje změny v kalorickém obsahu systému spojeného s chemickým nebo fyzikálním procesem. Je založen na měření teplotních změn, když systém absorbuje nebo vydává teplo. Kalorimetr je zařízení, které se používá při reakcích, při nichž dochází k výměně tepla.

Co je známé jako "šálek kávy", je nejjednodušší forma tohoto typu zařízení. Svým použitím se měří množství tepla, které je součástí reakcí prováděných při konstantním tlaku ve vodném roztoku. Kávový kalorimetr se skládá z polystyrénové nádoby, která je umístěna v kádince.

Voda je umístěna v polystyrenové nádobě, opatřené víkem ze stejného materiálu, který poskytuje určitý stupeň tepelné izolace. Nádoba má navíc teploměr a mechanické míchadlo.

Tento kalorimetr měří množství tepla, které je absorbováno nebo emitováno, v závislosti na tom, zda je reakce endotermní nebo exotermní, když probíhá reakce ve vodném roztoku. Studovaný systém se skládá z činidel a produktů.

Index

• 1 Co studuje??
• 2 Kalorická kapacita kalorimetru
  • 2.1 Příklad použití kalorimetru pro výpočet specifického tepla
• 3 kalorimetrické čerpadlo
• 4 Typy kalorimetrů
  • 4.1 Izotermický titrační kalorimetr (CTI)
  • 4.2 Diferenciální skenovací kalorimetr
• 5 Aplikace
  • 5.1 Použití izotermální titrační kalorimetrie
  • 5.2 Využití diferenciální skenovací kalorimetrie
• 6 Odkazy

Co studuje?

Kalorimetrie studuje vztah mezi tepelnou energií spojenou s chemickou reakcí a tím, jak se používá k určení stejných proměnných. Její aplikace v oblasti výzkumu odůvodňují rozsah těchto metod.

Kalorická kapacita kalorimetru

Tato kapacita se vypočítá vydělením množství tepla absorbovaného kalorimetrem změnou teploty. Tato variace je výsledkem tepla, které je emitováno v exotermní reakci, která se rovná:

Množství tepla absorbovaného kalorimetrem + množství tepla absorbovaného roztokem

Změnu lze určit přidáním známého množství tepla měřením změny teploty. Pro toto stanovení kalorické kapacity se obvykle používá kyselina benzoová, protože je známo jeho spalovací teplo (3 227 kJ / mol)..

Můžete také určit kalorickou kapacitu přidáním tepla elektrickým proudem.

Příklad použití kalorimetru pro výpočet specifického tepla

Tyčinka o hmotnosti 95 g kovu se zahřeje na 400 ° C a ihned se vezme kalorimetr s 500 g vody, zpočátku při 20 ° C. Konečná teplota systému je 24 ° C. Vypočítejte specifické teplo kovu.

Δq = m x ce x Δt

V tomto výrazu:

Δq = změna zatížení.

m = hmotnost.

ce = specifické teplo.

Δt = kolísání teploty.

Teplo získané vodou je rovno teplu uvolněnému z kovové tyče.

Tato hodnota je podobná hodnotě, která se objevuje ve specifické tabulce tepla pro stříbro (234 J / kg ºC).

Jednou z aplikací kalorimetrie je tedy spolupráce při identifikaci materiálů.

Kalorimetrické čerpadlo

Skládá se z ocelového kontejneru, známého jako čerpadlo, odolného vůči vysokým tlakům, které mohou vzniknout během reakcí, které se vyskytují v této nádobě; tato nádoba je připojena k zapalovacímu obvodu pro spuštění reakcí.

Čerpadlo je ponořeno ve velké nádobě s vodou, jejíž funkcí je absorbovat teplo, které je generováno v čerpadle během reakcí, čímž je změna teploty malá. Nádoba na vodu je vybavena teploměrem a mechanickým míchadlem.

Změny energie se měří prakticky při konstantním objemu a teplotě, takže se neprovádí žádné reakce na reakce, které se vyskytují v čerpadle.

ΔE = q

AE je variace vnitřní energie v reakci a q tepla, které je v tomto procesu generováno.

Typy kalorimetrů

Izotermický titrační kalorimetr (CTI)

Kalorimetr má dvě kyvety: v jednom je vzorek umístěn a v druhém je umístěna voda.

Rozdíl teploty, který je generován mezi buňkami - v důsledku reakce, ke které dochází v buňce vzorku - je zrušen systémem zpětné vazby, který vstřikuje teplo, aby vyrovnal teploty buněk..

Tento typ kalorimetru umožňuje sledovat interakci mezi makromolekulami a jejich ligandy.

Diferenciální skenovací kalorimetr

Tento kalorimetr má dvě buňky, stejně jako CTI, ale má zařízení, které umožňuje určit teplotu a tepelné toky spojené se změnami materiálu jako funkce času..

Tato technika poskytuje informace o skládání proteinů a nukleových kyselin, jakož i jejich stabilizaci.

Aplikace

-Kalorimetrie umožňuje určit výměnu tepla, ke kterému dochází při chemické reakci, což umožňuje jasnější pochopení mechanismu této reakce.

-Stanovením specifického tepla materiálu poskytuje kalorimetrie data, která pomáhají při jeho identifikaci.

-Protože existuje přímá proporcionalita mezi tepelnou změnou reakce a koncentrací reaktantů ve spojení se skutečností, že kalorimetrie nevyžaduje jasné vzorky, může být tato technika použita ke stanovení koncentrace látek přítomných v komplexních matricích..

-V oblasti chemického inženýrství se kalorimetrie používá v bezpečnostním procesu, v různých oblastech optimalizačního procesu, chemické reakce a v provozní jednotce..

Využití izotermální titrační kalorimetrie

-Spolupracuje při vytváření mechanismu enzymatického působení, stejně jako v jeho kinetice. Tato technika může měřit reakce mezi molekulami, určovat vazebnou afinitu, stechiometrii, entalpii a entropii v roztoku bez potřeby markerů.

-Vyhodnocuje interakci nanočástic s proteiny a ve spojení s dalšími analytickými metodami je důležitým nástrojem pro zaznamenávání konformačních změn proteinů..

-Má uplatnění při ochraně potravin a plodin.

-Pokud jde o zachování potravin, můžete určit jeho zhoršení a trvanlivost (mikrobiologická aktivita). Můžete porovnat účinnost různých metod konzervace potravin a jste schopni určit optimální dávku konzervačních látek, jakož i degradaci v kontrole balení..

-Pokud jde o zeleninové plodiny, můžete studovat klíčivost semen. Ve vodě a v přítomnosti kyslíku uvolňují teplo, které lze měřit izotermickým kalorimetrem. Zkoumá věk a nedostatečné skladování semen a zkoumá jejich rychlost růstu, když čelí změnám teploty, pH nebo různých chemikálií..

-Konečně může měřit biologickou aktivitu půd. Navíc může detekovat nemoci.

Využití diferenciální skenovací kalorimetrie

-Spolu s izotermální kalorimetrií umožnila studovat interakci proteinů s jejich ligandy, alosterickou interakci, skládání proteinů a mechanismus jejich stabilizace..

-Teplo, které se uvolňuje nebo absorbuje během události molekulární vazby, můžete měřit přímo.

-Diferenciální skenovací kalorimetrie je termodynamický nástroj pro přímé stanovení příjmu kalorické energie, ke kterému dochází ve vzorku. To nám umožňuje analyzovat faktory, které ovlivňují stabilitu proteinové molekuly.

-Studuje také termodynamiku přechodu nukleové kyseliny. Tato technika umožňuje stanovení oxidační stability izolované kyseliny linolové a kopulace s jinými lipidy.

-Tato technika se používá při kvantifikaci farmaceutických nano-pevných látek a při tepelné charakterizaci nanostrukturovaných transportérů lipidů..

Odkazy

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. a Stanley, G. Chemie. (2008). 8. vydání. Cengage Učení Edit.
2. Rehak, N. N. a Young, D. S. (1978). Prospektivní aplikace kalorimetrie v klinické laboratoři. Clin. Chem., 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Aplikace reakční kalorimetrie v chemickém inženýrství. J. Therm. Anal 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P. C. a Salemme, F. R. (2003). Aplikace kalorimetrických metod k objevování léčiv a studium interakcí proteinů. Curr. Opin. Struktura. Biol., 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. a Ranjbar, B. (2010).  Diferenciální skenovací kalorimetrické techniky: aplikace v biologii a nanovědách. J. Biol., Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. a Wilkins, T. (2017). Aplikace izotermální titrační kalorimetrie při hodnocení interakcí protein-nanočástice. J. Therm. Anal 127: 605-613.
7. Konsorcium Community College pro pověření Bioscience. (7. července 2014). Kávový kalorimetr. [Obrázek] Získáno dne 7. června 2018, z: commons.wikimedia.org