КАЛОРИМЕТРИЈА: ОНО ШТО СЕ ПРОУЧАВА И ПРИМЕЊУЈЕ - ХЕМИЈА - 2025

Калориметрије је техника која одређује промене калоријском садржају система повезаног са хемијским или физичким процесом. Заснива се на мерењу температурних промена када систем апсорбује или емитује топлоту. Калориметар је опрема која се користи у реакцијама у којима је умешана топлина.

Оно што је познато као "шоља за кафу" је најједноставнији облик ове врсте уређаја. Њеним коришћењем мери се количина топлоте укључене у реакције изведене под константним притиском у воденом раствору. Калориметар за шољу за кафу састоји се од полистиренске посуде која је постављена у чашу.

Вода се поставља у посуду од полистирена, опремљену поклопцем од истог материјала који јој даје одређени степен топлотне изолације. Поред тога, у посуди је уграђен термометар и механичка мешалица.

Овај калориметар мери количину топлоте која се апсорбује или емитује, у зависности да ли је реакција ендотермична или егзотермна, када се реакција одвија у воденом раствору. Систем који се проучава састоји се од реактаната и производа.

Шта проучава калориметрија?

Калориметрија проучава однос између топлотне енергије повезане са хемијском реакцијом и начина на који се користи за утврђивање њених променљивих. Њихова примена у истраживачким областима оправдава обим ових метода.

Калорични капацитет калориметра

Тај се капацитет израчунава дељењем количине топлоте коју апсорбује калориметар променама температуре. Ова варијација је продукт топлоте која се емитује у егзотермичкој реакцији која је једнака:

Количина топлоте коју апсорбује калориметар + количина топлоте коју раствор апсорбује

Варијација се може одредити додавањем познате количине топлоте мерењем промене температуре. За одређивање калоријског капацитета обично се користи бензојева киселина, пошто је позната њена топлота сагоревања (3,227 кЈ / мол).

Калорични капацитет се такође може одредити додавањем топлоте коришћењем електричне струје.

Пример

Метални бар од 95 г загрева се на 400 ° Ц, одмах га одводи у калориметар са 500 г воде, у почетку на 20 ° Ц. Крајња температура система је 24 ° Ц. Израчунајте специфичну топлоту метала.

Δк = мк це к Δт

У овом изразу:

Δк = варијација оптерећења.

м = маса.

це = специфична топлота.

Δт = одступање температуре.

Топлина добијена водом једнака је топлоти која се одваја од металне шипке.

Ова вредност је слична оној која се појављује у табели специфичне топлоте за сребро (234 Ј / кг ºЦ).

Дакле, једна од примена калориметрије је сарадња у идентификацији материјала.

Калориметријска пумпа

Састоји се од челичног спремника, познатог као пумпа, отпорног на високе притиске који могу настати током реакција које се догађају у овој посуди; Овај спремник је повезан са кругом паљења да би се покренуле реакције.

Пумпа је уроњена у велику посуду са водом, чија је функција да апсорбује топлоту која настаје у пумпи током реакција, чинећи тако температурне варијације мале. Спремник за воду је опремљен термометром и механичком мешалицом.

Промене енергије се мере на практично константној запремини и температури, тако да се не ради на реакцијама које се јављају у пумпи.

ΔЕ = к

ΔЕ је варијација унутрашње енергије у реакцији и к топлоте која се у њој ствара.

Врсте калориметра

Изотермални калориметар титрације (ЦТИ)

Калориметар има две ћелије: у једну се ставља узорак, а у другу се обично поставља вода.

Температурна разлика која настаје између ћелија - због реакције која се дешава у ћелији узорка - отказује се системом повратних информација који убризгава топлоту да би изједначио температуре ћелија.

Ова врста калориметра омогућава праћење интеракције између макромолекула и њихових лиганда.

Диференцијални калориметар за скенирање

Овај калориметар има две ћелије, попут ЦТИ, али има уређај који омогућава да се температура и топлотни токови повезани са променама материјала утврде као функција времена.

Ова техника даје информације о савијању протеина и нуклеинских киселина, као и њиховој стабилизацији.

Апликације

-Калориметрија омогућава одређивање размене топлоте до хемијске реакције, омогућавајући јасније разумевање његовог механизма.

-Код одређивања специфичне топлине материјала, калориметрија пружа податке који помажу да се идентификује.

-Пошто постоји директна пропорција између промене топлине реакције и концентрације реактаната, заједно са чињеницом да калориметрија не захтева јасне узорке, ова техника се може користити за одређивање концентрације супстанци присутних у сложеним матрицама.

-У области хемијског инжењерства калориметрија се користи у процесу безбедности, као и у различитим областима процеса оптимизације, хемијских реакција и у радној јединици.

Употреба изотермалне калориметрије титрације

-Садаје у успостављању механизма деловања ензима, као иу његовој кинетичности. Овом техником се могу мерити реакције између молекула, одређивање афинитета везивања, стехиометрије, енталпије и ентропије у раствору без потребе за маркерима.

-Прегледа интеракцију наночестица са протеинима и у сарадњи са другим аналитичким методама је важно средство за бележење конформационих промена протеина.

-Има примену у очувању хране и усева.

-За очување хране можете одредити њено пропадање и рок трајања (микробиолошка активност). Можете упоредити ефикасност различитих метода конзервирања хране и моћи ћете да одредите оптималну дозу конзерванса, као и деградацију у контроли амбалаже.

- Што се тиче поврћа, можете проучавати клијање семена. Будући да су у води и у присуству кисеоника, они ослобађају топлоту која се може мерити изотермалним калориметром. Испитајте старост и неправилно складиштење семенки и проучите њихову брзину раста под варијацијама у температури, пХ или различитим хемикалијама.

-На крају, може да мери биолошку активност тла. Поред тога, може открити болести.

Употреба диференцијалне скенирајуће калориметрије

- Заједно са изотермалном калориметријом, омогућило је проучавање интеракције протеина са њиховим лигандима, алостерну интеракцију, савијање протеина и механизам њихове стабилизације.

-Можете директно мерити топлоту која се ослобађа или апсорбује током догађаја молекуларног везивања.

-Диференцијална калориметрија за скенирање је термодинамички алат за директно успостављање утрошка топлотне енергије која се јавља у узорку. Ово омогућава анализу фактора који учествују у стабилности молекула протеина.

-Такође проучава термодинамику преласка нуклеинске киселине. Техника омогућава одређивање оксидативне стабилности изоловане линолне киселине и спајања са осталим липидима.

Техника се примењује у квантификацији наносолида за фармацеутску употребу и у термичкој карактеризацији наноструктурних транспортера липида.

Референце

1. Вхиттен, К., Давис, Р., Пецк, М. и Станлеи, Г. Хемија. (2008). 8. изд. Ценгаге Леарнинг Едит.
2. Рехак, НН и Иоунг, ДС (1978). Могуће примјене калориметрије у клиничкој лабораторији. Цлин. Цхем. 24 (8): 1414-1419.
3. Стоссел, Ф. (1997). Примена реакционе калориметрије у хемијском инжењерству. Ј. Тхерм. Анални. 49 (3): 1677-1688.
4. Вебер, ПЦ и Салемме, ФР (2003). Примена калориметријских метода за откривање лекова и проучавање интеракција протеина. Цурр. Опин. Струцт. Биол. 13 (1): 115-121.
5. Гилл, П., Могхадем, Т. и Рањбар, Б. (2010). Диференцијалне калориметријске технике скенирања: примене у биологији и нанознаности. Ј. Биол. Тецх. 21 (4): 167-193.
6. Омановић-Миклицанин, Е., Манфиелд, И. и Вилкинс, Т. (2017). Примене изотермалне калориметрије титрације у процени интеракција протеина и наночестица. Ј. Тхерм. Анални. 127: 605-613.
7. Конзорцијум за признавање биознаности Цоммунити Цоллеге. (7. јула 2014.). Калориметар за шољу за кафу. . Преузето 7. јуна 2018. године са: цоммонс.викимедиа.орг