Calorimetry Welke studies en toepassingen

de calorimetrie het is een techniek die de veranderingen in de calorische inhoud van een systeem geassocieerd met een chemisch of fysisch proces bepaalt. Het is gebaseerd op het meten van temperatuurveranderingen wanneer een systeem warmte absorbeert of afgeeft. De calorimeter is de apparatuur die wordt gebruikt in de reacties waarbij sprake is van een warmtewisseling.

Wat bekend staat als een "koffiekop" is de eenvoudigste vorm van dit type apparaat. Door het gebruik ervan wordt de hoeveelheid warmte die betrokken is bij reacties die worden uitgevoerd bij een constante druk in een waterige oplossing gemeten. Een koffiecalorimeter van het bekertype bestaat uit een houder van polystyreen, die in een beker wordt geplaatst.

Het water wordt in de houder van polystyreen geplaatst, uitgerust met een deksel van hetzelfde materiaal dat het een zekere mate van thermische isolatie geeft. Bovendien heeft de container een thermometer en een mechanische roerder.

Deze calorimeter meet de hoeveelheid warmte die wordt geabsorbeerd of geëmitteerd, afhankelijk van het feit of de reactie endotherm of exotherm is, wanneer een reactie plaatsvindt in een waterige oplossing. Het te bestuderen systeem bestaat uit reagentia en producten.

index

• 1 Wat studeert hij??
• 2 Calorische capaciteit van een calorimeter
  • 2.1 Voorbeeld van het gebruik van de calorimeter om de specifieke warmte te berekenen
• 3 calorimetrische pomp
• 4 soorten calorimeter
  • 4.1 Isotherme titratiecalorimeter (CTI)
  • 4.2 Differentiële scanning calorimeter
• 5 Toepassingen
  • 5.1 Gebruik van isotherme titratiecalorimetrie
  • 5.2 Gebruik van differentiële scanningcalorimetrie
• 6 Referenties

Wat studeert hij??

Calorimetrie bestudeert de relatie tussen de warmte-energie geassocieerd met een chemische reactie en hoe deze wordt gebruikt om variabelen daarvan te bepalen. De toepassingen ervan op het gebied van onderzoek rechtvaardigen de reikwijdte van deze methoden.

Calorische capaciteit van een calorimeter

Deze capaciteit wordt berekend door de hoeveelheid warmte die door de calorimeter wordt geabsorbeerd te delen door de temperatuursvariatie. Deze variatie is een product van de warmte die wordt geëmitteerd in een exotherme reactie, die gelijk is aan:

Hoeveelheid warmte geabsorbeerd door de calorimeter + hoeveelheid warmte geabsorbeerd door de oplossing

De variatie kan worden bepaald door een bekende hoeveelheid warmte toe te voegen door de verandering in temperatuur te meten. Voor deze bepaling van de calorische capaciteit wordt meestal het benzoëzuur gebruikt, omdat de verbrandingswarmte bekend is (3.227 kJ / mol).

U kunt ook de calorische capaciteit bepalen door warmte toe te voegen via een elektrische stroom.

voorbeeld van het gebruik van de calorimeter om de specifieke warmte te berekenen

Een staaf van 95 g van een metaal wordt verwarmd tot 400 ° C, waarbij onmiddellijk een calorimeter wordt genomen met 500 g water, aanvankelijk bij 20 ° C. De eindtemperatuur van het systeem is 24ºC. Bereken de specifieke warmte van het metaal.

Δq = m x ce x Δt

In deze uitdrukking:

Δq = belastingsvariatie.

m = massa.

ce = specifieke warmte.

Δt = temperatuurvariatie.

De warmte die wordt gewonnen door het water is gelijk aan de warmte die vrijkomt uit de metalen staaf.

Deze waarde komt overeen met die in een specifieke verwarmingstabel voor zilver (234 J / kg ºC).

Een van de toepassingen van calorimetrie is dus samenwerking voor de identificatie van materialen.

Calorimetrische pomp

Het bestaat uit een stalen vat, bekend als de pomp, bestand tegen de hoge drukken die kunnen optreden tijdens de reacties die in deze houder optreden; deze container is verbonden met een ontstekingscircuit om de reacties te starten.

De pomp wordt ondergedompeld in een grote container met water, waarvan de functie is om de warmte te absorberen die wordt gegenereerd in de pomp tijdens de reacties, waardoor de temperatuurvariatie klein is. Het waterreservoir is uitgerust met een thermometer en een mechanische roerder.

Energieveranderingen worden praktisch gemeten bij constant volume en temperatuur, dus er wordt niet gewerkt aan de reacties die in de pomp optreden.

ΔE = q

ΔE is de variatie van de interne energie in de reactie en q de warmte die hierbij wordt gegenereerd.

Typen caloriemeters

Isotherme titratiecalorimeter (CTI)

De calorimeter heeft twee cellen: in de ene wordt het monster geplaatst en in de andere, de referentie, wordt meestal water geplaatst.

Het verschil in temperatuur dat wordt gegenereerd tussen de cellen - als gevolg van de reactie die optreedt in de cel van het monster - wordt geannuleerd door een feedbacksysteem dat warmte injecteert om de temperaturen van de cellen gelijk te maken.

Met dit type calorimeter kan de interactie tussen macromoleculen en hun liganden worden gevolgd.

Differentiële scanning calorimeter

Deze calorimeter heeft twee cellen, dezelfde als de CTI, maar het heeft een apparaat waarmee de temperatuur en de warmtestromen kunnen worden bepaald die samenhangen met de veranderingen van een materiaal als functie van de tijd.

Deze techniek geeft informatie over het vouwen van eiwitten en nucleïnezuren, evenals hun stabilisatie.

toepassingen

-De calorimetrie maakt het mogelijk de warmte-uitwisseling te bepalen die optreedt bij een chemische reactie, waardoor het mechanisme hiervan beter te begrijpen is.

-Door de specifieke warmte van een materiaal te bepalen, biedt de calorimetrie gegevens die helpen bij de identificatie.

-Omdat er een directe evenredigheid bestaat tussen de warmtewisseling van een reactie en de concentratie van de reactanten, gekoppeld aan het feit dat calorimetrie geen duidelijke monsters vereist, kan deze techniek worden gebruikt om de concentratie van stoffen in complexe matrices te bepalen..

-Op het gebied van chemische technologie wordt calorimetrie gebruikt in het veiligheidsproces, evenals op verschillende gebieden van het optimalisatieproces, chemische reactie en in de bedieningseenheid.

Gebruik van isotherme titratiecalorimetrie

-Het werkt mee aan de totstandkoming van het mechanisme van enzymatische actie, evenals aan zijn kinetiek. Deze techniek kan de reacties meten tussen moleculen, de bindingsaffiniteit, stoichiometrie, enthalpie en entropie in oplossing bepalen zonder de noodzaak voor markers.

-Evalueert de interactie van nanodeeltjes met eiwitten en is, in combinatie met andere analytische methoden, een belangrijk hulpmiddel voor het vastleggen van de conformatieveranderingen van eiwitten.

-Het heeft toepassing in het behoud van voedsel en gewassen.

-Wat het bewaren van voedsel betreft, kunt u de achteruitgang en houdbaarheid bepalen (microbiologische activiteit). U kunt de efficiëntie van verschillende voedselconserveringsmethoden vergelijken, en u bent in staat om de optimale dosis conserveermiddelen te bepalen, evenals de degradatie in de verpakkingscontrole..

-Wat betreft groentegewassen, kun je de kieming van het zaad bestuderen. Ze bevinden zich in water en in aanwezigheid van zuurstof en geven warmte af die kan worden gemeten met een isotherme calorimeter. Het onderzoekt de ouderdom en ontoereikende opslag van de zaden en bestudeert hun groeisnelheid wanneer ze worden geconfronteerd met variaties in temperatuur, pH of verschillende chemicaliën..

-Ten slotte kan het de biologische activiteit van bodems meten. Bovendien kan het ziekten detecteren.

Gebruik van differentiële scanningcalorimetrie

-Isotherme calorimetrie met het is toegestaan ​​het bestuderen van de interactie van eiwitten met hun liganden, allosterische interacties eiwitvouwing en stabilisatiemechanisme.

-U kunt de warmte die vrijkomt of wordt opgenomen direct meten tijdens een gebeurtenis met moleculaire bindingen.

-Differentiële scanningcalorimetrie is een thermodynamisch instrument voor het direct vaststellen van de opname van calorieën in een monster. Hiermee kunnen we de factoren analyseren die tussenkomen in de stabiliteit van het eiwitmolecuul.

-Hij bestudeert ook de thermodynamica van de transformatie van nucleïnezuurvouwing. De techniek maakt de bepaling mogelijk van de oxidatieve stabiliteit van linolzuur geïsoleerd en gekoppeld aan andere lipiden.

-De techniek wordt toegepast bij de kwantificering van farmaceutische nanopastraten en bij de thermische karakterisering van nanogestructureerde lipidetransporters..

referenties

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. en Stanley, G. chemie. (2008). 8e ed. Cengage Learning Edit.
2. Rehak, N. N. en Young, D. S. (1978). Prospectieve toepassingen van calorimetrie in het klinische laboratorium. Clin. Chem. 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Toepassingen van reactiecalorimetrie in de chemische technologie. J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P.C. en Salemme, F.R. (2003). Toepassingen van calorimetrische methoden voor geneesmiddelontdekking en de studie van eiwitinteracties. Curr. Opin. Struct. Biol. 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. and Ranjbar, B. (2010).  Differentiële scanningcalorimetrische technieken: toepassingen in de biologie en de nanowetenschappen. J. Biol. Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. en Wilkins, T. (2017). Toepassingen van isotherme titratiecalorimetrie bij de evaluatie van interacties tussen proteïne en nanodeeltjes. J. Therm. Anal. 127: 605-613.
7. Community College Consortium voor Bioscience-referenties. (7 juli 2014). Koffiekop calorimeter. [Afbeelding]. Opgehaald op 7 juni 2018, van: commons.wikimedia.org