Calorimetri Apa Kajian dan Aplikasi

The kalorimetri ia adalah teknik yang menentukan perubahan dalam kandungan kalori sistem yang berkaitan dengan proses kimia atau fizikal. Ia didasarkan pada pengukuran perubahan suhu apabila sistem menyerap atau mengeluarkan haba. Calorimeter adalah peralatan yang digunakan dalam tindak balas yang melibatkan pertukaran haba.

Apa yang dikenali sebagai "cawan kopi" adalah bentuk paling mudah dari jenis peranti ini. Oleh penggunaannya, jumlah haba yang terlibat dalam tindak balas yang dilakukan pada tekanan malar dalam larutan akueus diukur. Calorimeter kopi jenis cawan terdiri daripada bekas polistirena, yang diletakkan di dalam bikar.

Air diletakkan di dalam bekas polistirena, dilengkapi dengan penutup bahan yang sama yang memberikannya penebat haba tertentu. Di samping itu, bekas mempunyai termometer dan pengaduk mekanikal.

Calorimeter ini mengukur jumlah haba yang diserap atau dipancarkan, bergantung kepada sama ada reaksi itu adalah endotermik atau eksotermik, apabila tindak balas berlaku dalam larutan akueus. Sistem yang akan dikaji terdiri daripada reagen dan produk.

Indeks

• Apa yang dia belajar??
• 2 Kapasiti kalori calorimeter
  • 2.1 Contoh penggunaan kalorimeter untuk mengira haba tertentu
• 3 kalorimetrik pam
• 4 jenis kalori
  • 4.1 Kalorimeter titisan isoterma (CTI)
  • 4.2 Calorimeter pengimbasan yang berbeza
• 5 Aplikasi
  • 5.1 Penggunaan kalorimetri titration isoterma
  • 5.2 Penggunaan kalorimetri imbasan berbeza
• 6 Rujukan

Apa yang dia belajar?

Kalorimetri mengkaji hubungan antara tenaga haba yang berkaitan dengan tindak balas kimia dan bagaimana ia digunakan untuk menentukan pemboleh ubah yang sama. Aplikasinya dalam bidang penyelidikan membenarkan skop kaedah ini.

Kapasiti kalori calorimeter

Kapasiti ini dikira dengan membahagikan jumlah haba yang diserap oleh kalorimeter oleh variasi suhu. Perubahan ini adalah hasil daripada haba yang dipancarkan dalam reaksi eksotermik, yang sama dengan:

Jumlah haba yang diserap oleh kalorimeter + jumlah haba yang diserap oleh larutan

Perubahan boleh ditentukan dengan menambah jumlah haba yang diketahui dengan mengukur perubahan suhu. Untuk penentuan kapasiti kalori, asid benzoik biasanya digunakan, kerana haba pembakaran diketahui (3,227 kJ / mol).

Anda juga boleh menentukan kapasiti kalori dengan menambahkan haba melalui arus elektrik.

Contoh penggunaan kalorimeter untuk mengira haba tertentu

Satu bar 95 g logam dipanaskan hingga 400 ° C, dengan segera mengambil kalori dengan 500 g air, pada mulanya pada 20 ° C. Suhu akhir sistem ialah 24ºC. Kirakan haba tertentu logam.

Δq = m x ce x Δt

Dalam ungkapan ini:

Δq = variasi beban.

m = jisim.

ce = haba tertentu.

Δt = variasi suhu.

Haba yang diperolehi oleh air adalah sama dengan haba yang dikeluarkan dari bar logam.

Nilai ini sama dengan yang terdapat dalam jadual haba tertentu untuk perak (234 J / kg ºC).

Jadi, salah satu aplikasi kalorimetri adalah kerjasama untuk mengenal pasti bahan-bahan.

Pam kalori

Ia terdiri daripada bekas keluli, yang dikenali sebagai pam, tahan terhadap tekanan tinggi yang mungkin timbul semasa reaksi yang berlaku di dalam bekas ini; bekas ini disambungkan kepada litar pencucuhan untuk memulakan reaksi.

Pam dibakar dalam bekas yang besar dengan air, yang berfungsi untuk menyerap haba yang dihasilkan dalam pam semasa tindak balas, menjadikan variasi suhu kecil. Bekas air dilengkapi dengan termometer dan pengaduk mekanikal.

Perubahan tenaga diukur secara praktikal pada isipadu dan suhu malar, jadi tiada kerja dilakukan terhadap tindak balas yang berlaku di dalam pam.

ΔE = q

ΔE adalah variasi tenaga dalaman dalam reaksi dan q haba yang dijana dalam ini.

Jenis calorimeter

Kalorimeter titrasi isotermal (CTI)

Calorimeter mempunyai dua sel: dalam satu sampel diletakkan dan di satu lagi, satu rujukan, air biasanya diletakkan.

Perbezaan suhu yang dijana di antara sel - disebabkan oleh reaksi yang berlaku di dalam sel sampel - dibatalkan oleh sistem maklum balas yang menyuntik haba untuk menyamakan suhu sel.

Jenis calorimeter ini membolehkan untuk mengikuti interaksi antara makromolekul dan ligan mereka.

Kalori pengimbasan berbeza

Calorimeter ini mempunyai dua sel, sama dengan CTI, tetapi ia mempunyai peranti yang membolehkan untuk menentukan suhu dan aliran haba yang berkaitan dengan perubahan bahan sebagai fungsi masa.

Teknik ini memberikan maklumat mengenai lipatan protein dan asid nukleik, serta penstabilannya.

Permohonan

-Kalorimetri membenarkan menentukan pertukaran haba yang berlaku dalam reaksi kimia, yang membolehkan untuk memahami lebih jelas mekanisme ini.

-Dengan menentukan haba tertentu bahan, kalorimetri menyediakan data yang membantu pengenalpastiannya.

-Memandangkan terdapat kepekaan langsung antara perubahan haba tindak balas dan kepekatan reaktan, ditambah dengan fakta bahawa kalorimetri tidak memerlukan sampel yang jelas, teknik ini boleh digunakan untuk menentukan kepekatan bahan-bahan yang terdapat dalam matrik kompleks..

-Dalam bidang kejuruteraan kimia, kalorimetri digunakan dalam proses keselamatan, serta dalam pelbagai bidang proses pengoptimuman, reaksi kimia dan dalam unit operasi.

Penggunaan kalorimetri titrasi isoterma

-Ia bekerjasama dalam penubuhan mekanisme tindakan enzimatik, serta dalam kinetiknya. Teknik ini dapat mengukur tindak balas antara molekul, menentukan hubungan afiniti, stoikiometri, entalpi dan entropi dalam penyelesaian tanpa memerlukan penanda.

-Menilai interaksi nanopartikel dengan protein dan, bersamaan dengan kaedah analisis lain, adalah alat penting untuk merekodkan perubahan konformasi protein.

-Ia mempunyai aplikasi dalam pemuliharaan makanan dan tanaman.

-Bagi pemuliharaan makanan, anda boleh menentukan kemerosotan dan jangka hayatnya (aktiviti mikrobiologi). Anda boleh membandingkan kecekapan kaedah pemeliharaan makanan yang berlainan, dan anda dapat menentukan dos pengawet optimum, serta degradasi dalam kawalan pembungkusan.

-Bagi tanaman sayur-sayuran, anda boleh mempelajari percambahan benih. Berada di dalam air dan di hadapan oksigen, mereka melepaskan haba yang boleh diukur dengan calorimeter isoterma. Ia meneliti umur dan penyimpanan benih yang tidak mencukupi dan mengkaji kadar pertumbuhan mereka apabila berhadapan dengan variasi suhu, pH atau bahan kimia yang berbeza..

-Akhirnya, ia dapat mengukur aktiviti biologi tanah. Di samping itu, ia dapat mengesan penyakit.

Penggunaan calorimetri imbasan berbeza

-Bersama dengan kalorimetri isotermal, ia telah dibenarkan mempelajari interaksi protein dengan ligan mereka, interaksi allosterik, lipatan protein dan mekanisme penstabilan mereka.

-Anda boleh secara langsung mengukur haba yang dibebaskan atau diserap semasa acara ikatan molekul.

-Calorimetri pengimbasan berbeza adalah alat termodinamik untuk penubuhan pengambilan tenaga kalori langsung yang berlaku dalam sampel. Ini membolehkan kita menganalisis faktor-faktor yang campur tangan dalam kestabilan molekul protein.

-Beliau juga mengkaji termodinamik peralihan lipat asid nukleik. Teknik ini membolehkan penentuan kestabilan oksidatif asid linoleik yang diasingkan dan digabungkan ke lipid lain.

-Teknik ini digunakan dalam kuantifikasi padan nano-farmaseutikal dan dalam pencirian haba pengangkut lipid nanostructured.

Rujukan

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. dan Stanley, G. Kimia. (2008). 8th ed. Pembelajaran Cengage Edit.
2. Rehak, N. N. dan Young, D. S. (1978). Calon aplikasi calorimetri di makmal klinikal. Klinik. Chem 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Aplikasi kalorimetri tindak balas dalam kejuruteraan kimia. J. Therm. Dubur 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P. C. dan Salemme, F. R. (2003). Aplikasi kaedah kalori untuk penemuan ubat dan kajian interaksi protein. Curr. Pendapat. Struktur. Biol 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. dan Ranjbar, B. (2010).  Teknik kalori pengimbasan yang berbeza: aplikasi dalam Biologi dan nanosains. J. Biol. Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. dan Wilkins, T. (2017). Aplikasi kalorimetri titisan isoterma dalam menilai interaksi protein-nanopartikel. J. Therm. Dubur 127: 605-613.
7. Kolej Komuniti Konsortium untuk Kredensial Biosains. (7 Julai 2014). Calorimeter cawan kopi. [Rajah] Diperoleh pada 7 Jun 2018, dari: commons.wikimedia.org