Калориметрия Какие исследования и применения

калориметрия это метод, который определяет изменения калорийности системы, связанные с химическим или физическим процессом. Он основан на измерении изменений температуры, когда система поглощает или излучает тепло. Калориметр - это оборудование, которое используется в реакциях, в которых участвует теплообмен.

То, что известно как «кофейная чашка», является самой простой формой устройства такого типа. Посредством его использования измеряется количество тепла, участвующего в реакциях, проводимых при постоянном давлении в водном растворе. Кофейный калориметр чашечного типа состоит из полистирольного контейнера, который помещается в стакан.

Вода помещается в полистирольный контейнер, снабженный крышкой из того же материала, что придает ей определенную степень теплоизоляции. Кроме того, контейнер имеет термометр и механическую мешалку.

Этот калориметр измеряет количество тепла, которое поглощается или выделяется, в зависимости от того, является ли реакция эндотермической или экзотермической, когда реакция происходит в водном растворе. Изучаемая система состоит из реагентов и продуктов.

индекс

• 1 Что он изучает??
• 2 Калорийность калориметра
  • 2.1 Пример использования калориметра для расчета удельной теплоемкости
• 3 калориметрических насоса
• 4 Типа калориметра
  • 4.1 Калориметр изотермического титрования (CTI)
  • 4.2 Дифференциальный сканирующий калориметр
• 5 приложений
  • 5.1 Использование изотермической титрационной калориметрии
  • 5.2 Использование дифференциальной сканирующей калориметрии
• 6 Ссылки

Что он изучает?

Калориметрия изучает взаимосвязь между тепловой энергией, связанной с химической реакцией, и тем, как она используется для определения ее переменных. Его применения в областях исследований оправдывают область применения этих методов..

Калорийность калориметра

Эта емкость рассчитывается путем деления количества тепла, поглощенного калориметром, на изменение температуры. Это изменение является продуктом тепла, которое выделяется при экзотермической реакции, которое равно:

Количество тепла, поглощенного калориметром + количество тепла, поглощенного раствором

Изменение может быть определено путем добавления известного количества тепла путем измерения изменения температуры. Для этого определения теплотворной способности обычно используется бензойная кислота, поскольку ее теплота сгорания известна (3227 кДж / моль).

Вы также можете определить калорийность, добавив тепло через электрический ток.

пример использования калориметра для расчета удельной теплоемкости

Пруток из 95 г металла нагревают до 400 ° С, сразу же беря калориметр с 500 г воды, первоначально при 20 ° С. Конечная температура системы составляет 24ºC. Рассчитать удельную теплоемкость металла.

Δq = m x ce x Δt

В этом выражении:

Δq = изменение нагрузки.

м = масса.

ce = удельная теплоемкость.

Δt = изменение температуры.

Тепло, получаемое водой, равно теплу, выделяемому металлическим стержнем..

Это значение аналогично значению, указанному в таблице удельной теплоемкости для серебра (234 Дж / кг ºC)..

Итак, одним из применений калориметрии является сотрудничество по идентификации материалов..

Калориметрический насос

Он состоит из стального контейнера, известного как насос, устойчивый к высоким давлениям, которые могут возникнуть во время реакций, происходящих в этом контейнере; этот контейнер подключен к цепи зажигания для запуска реакций.

Насос погружается в большой контейнер с водой, функция которого состоит в том, чтобы поглощать тепло, которое вырабатывается в насосе во время реакций, благодаря чему колебания температуры незначительны. Емкость для воды оснащена термометром и механической мешалкой.

Изменения энергии измеряются практически при постоянном объеме и температуре, поэтому работа с реакциями, происходящими в насосе, не выполняется..

ΔE = q

ΔE - изменение внутренней энергии в реакции и q тепло, выделяемое при этом.

Типы калориметра

Калориметр изотермического титрования (CTI)

Калориметр имеет две ячейки: в одну помещается образец, а в другой - эталонную, обычно помещается вода..

Разница в температуре, которая генерируется между ячейками - из-за реакции, которая происходит в ячейке образца - отменяется системой обратной связи, которая вводит тепло для выравнивания температуры ячеек.

Этот тип калориметра позволяет отслеживать взаимодействие между макромолекулами и их лигандами..

Дифференциальный сканирующий калориметр

Этот калориметр имеет две ячейки, такие же, как CTI, но у него есть устройство, которое позволяет определять температуру и тепловые потоки, связанные с изменениями материала, в зависимости от времени..

Этот метод дает информацию о фолдинге белков и нуклеиновых кислот, а также об их стабилизации.

приложений

-Калориметрия позволяет определить теплообмен, происходящий при химической реакции, что позволяет более четко понять механизм этого.

-Определяя удельную теплоемкость материала, калориметрия предоставляет данные, которые помогают его идентификации.

-Поскольку существует прямая пропорциональность между изменением теплоты реакции и концентрацией реагентов в сочетании с тем фактом, что для калориметрии не требуются чистые пробы, этот метод можно использовать для определения концентрации веществ, присутствующих в сложных матрицах..

-В области химического машиностроения калориметрия используется в процессе обеспечения безопасности, а также в различных областях процесса оптимизации, химической реакции и в операционном блоке..

Использование калориметрии изотермического титрования

-Он сотрудничает в установлении механизма ферментативного действия, а также в его кинетике. Этот метод может измерять реакции между молекулами, определяя аффинность связывания, стехиометрию, энтальпию и энтропию в растворе без необходимости маркеров.

-Оценивает взаимодействие наночастиц с белками и, в сочетании с другими аналитическими методами, является важным инструментом для регистрации конформационных изменений белков.

-Он имеет применение в консервации продуктов питания и сельскохозяйственных культур.

-Что касается консервации пищи, то можно определить ее порчу и срок годности (микробиологическая активность). Вы можете сравнить эффективность различных методов консервации пищевых продуктов, и вы можете определить оптимальную дозу консервантов, а также ухудшение качества контроля упаковки..

-Что касается овощных культур, вы можете изучить всхожесть семян. Находясь в воде и в присутствии кислорода, они выделяют тепло, которое можно измерить с помощью изотермического калориметра. Он изучает возраст и ненадлежащее хранение семян и изучает скорость их роста, когда сталкивается с колебаниями температуры, pH или различными химическими веществами..

-Наконец, он может измерить биологическую активность почв. Кроме того, он может обнаружить заболевания.

Использование дифференциальной сканирующей калориметрии

-Вместе с изотермической калориметрией он позволил изучить взаимодействие белков с их лигандами, аллостерическое взаимодействие, сворачивание белков и механизм их стабилизации..

-Вы можете непосредственно измерить тепло, которое выделяется или поглощается во время события молекулярной связи.

-Дифференциальная сканирующая калориметрия - это термодинамический инструмент для непосредственного установления потребления калорий, которое происходит в образце. Это позволяет нам анализировать факторы, влияющие на стабильность белковой молекулы.

-Он также изучает термодинамику фолдингового перехода нуклеиновой кислоты. Методика позволяет определить окислительную стабильность линолевой кислоты, выделенной и связанной с другими липидами..

-Методика применяется для количественного определения фармацевтических нанотвердых веществ и термической характеристики наноструктурированных переносчиков липидов..

ссылки

1. Уиттен К., Дэвис Р., Пек М. и Стэнли Г.. химия. (2008). 8-е изд. Cengage Learning Править.
2. Рехак, Н. Н. и Янг, Д. С. (1978). Перспективные применения калориметрии в клинической лаборатории. Clin. Chem. 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Применение реакционной калориметрии в химическом машиностроении. J. Therm. Анал. 49 (3): 1677-1688.
4. Вебер П. С. и Салемм Ф. Р. (2003). Применение калориметрических методов для открытия лекарств и изучения белковых взаимодействий. Тек. ОПИН. Struct. Biol. 13 (1): 115-121.
5. Гилл П., Могадем Т. и Ранджбар Б. (2010).  Дифференциальные сканирующие калориметрические методы: приложения в биологии и нанонауке. J. Biol. Tech.21 (4): 167-193..
6. Оманович-Микличанин Э., Мэнфилд И. и Уилкинс Т. (2017). Применение калориметрии изотермического титрования в оценке взаимодействий белок-наночастицы. J. Therm. Анал. 127: 605-613.
7. Консорциум Общественного Колледжа для Биологических Наук. (7 июля 2014 г.) Калориметр кофейной чашки. [Рисунок]. Получено 7 июня 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org.