Calorimetry מה מחקרים ויישומים

ה קלורימטריה זוהי טכניקה שקובעת את השינויים בתוכן הקלורי של מערכת הקשורה לתהליך כימי או פיזי. הוא מבוסס על מדידת שינויי טמפרטורה כאשר מערכת סופגת או פולטת חום. Calorimeter הוא הציוד המשמש את התגובות שבהן חילופי חום מעורב.

מה שמכונה "כוס קפה" היא הצורה הפשוטה ביותר של סוג זה של המכשיר. לפי השימוש, כמות החום המעורבת בתגובות המתבצעות בלחץ מתמיד בפתרון מימי נמדדת. כוס קפה סוג calurimeter מורכב מיכל פוליסטירן, אשר ממוקם בכוס.

המים ממוקמים במיכל פוליסטירן, מצויד המכסה של אותו חומר זה נותן לו מידה מסוימת של בידוד תרמי. בנוסף, מיכל יש מדחום סטירר מכני.

זה calorimeter מודד את כמות החום כי הוא נספג או הנפלט, תלוי אם התגובה היא endothermic או exothermic, כאשר התגובה מתרחשת ב מימית פתרון. המערכת הנלמדת כוללת ריאגנטים ומוצרים.

אינדקס

• מה הוא לומד??
• 2 יכולת קלורית של קלורימטר
  • 2.1 דוגמה לשימוש בקלורימטר לחישוב החום הספציפי
• משאבה קלורימטית
• 4 סוגי קלורימטר
  • 4.1 קלורימטר טיטרציה איזותרמית (CTI)
  • 4.2 קלורימטר סורק דיפרנציאלי
• 5 יישומים
  • 5.1 שימושים של קלורימטרי טיטרציה איזותרמית
  • 5.2 שימושים של calorimetry סריקה ההפרש
• 6 הפניות

מה הוא לומד?

Calorimetry בוחנת את הקשר בין אנרגיית החום הקשורה לתגובה כימית וכיצד היא משמשת לקביעת משתנים של אותו הדבר. יישומיה בתחומי המחקר מצדיקים את היקף השיטות.

יכולת קלורית של קלורימטר

קיבולת זו מחושבת על ידי חלוקת כמות החום הנספג על ידי calorimeter על ידי וריאציה בטמפרטורה. וריאציה זו היא תוצר של החום הנפלט בתגובה אקזותרמית, השווה ל:

כמות החום שנספג על ידי calorimeter + כמות החום נספג על ידי הפתרון

וריאציה ניתן לקבוע על ידי הוספת כמות ידוע של חום על ידי מדידת השינוי בטמפרטורה. לקביעה זו של הקיבולת הקלורית, חומצה בנזואית משמשת בדרך כלל, כיוון שחום הבעירה שלה ידוע (3,227 kJ / mol).

ניתן גם לקבוע את הקיבולת הקלורית על ידי הוספת חום באמצעות זרם חשמלי.

דוגמה של השימוש calorimeter לחשב את החום הספציפי

בר של 95 גרם של מתכת מחומם ל 400 מעלות צלזיוס, מיד לוקח calorimeter עם 500 גרם של מים, בתחילה ב 20 ° C. הטמפרטורה הסופית של המערכת היא 24 ° C. חישוב החום הספציפי של המתכת.

Δq = m x ce x Δt

בביטוי זה:

Δq = גרסת עומס.

m = מסה.

חום ספציפי = CE.

Δt = טמפרטורת הטמפרטורה.

החום שנרכש על ידי המים שווה החום שוחרר מן הבר מתכת.

ערך זה דומה לזה שמופיע בטבלת חום ספציפית עבור כסף (234 J / kg ºC).

לכן, אחד היישומים של calorimetry הוא שיתוף פעולה לזיהוי של חומרים.

משאבה קלורימטית

זה מורכב מיכל פלדה, המכונה המשאבה, עמיד ללחצים גבוהים שעלולים להתעורר במהלך התגובות המתרחשות במיכל זה; מיכל זה מחובר למעגל ההצתה כדי להתחיל את התגובות.

המשאבה שקועה במיכל גדול עם מים, שתפקידה לספוג את החום שנוצר במשאבה במהלך התגובות, מה שהופך את וריאציה של הטמפרטורה קטנה. מיכל המים מצויד במדחום ובסטירר מכני.

השינויים באנרגיה נמדדים כמעט בנפח ובטמפרטורה קבועים, ולכן לא נעשית עבודה על התגובות המתרחשות במשאבה.

ΔE = q

ΔE הוא וריאציה של האנרגיה הפנימית בתגובה ו- q החום שנוצר זה.

סוגי קלורימטר

איזוטרמי טיטרציה קלורימטר (CTI)

בקלורימטר יש שני תאים: באחד המדגם מונח ובשני, הפניה אחת, המים ממוקמים בדרך כלל.

ההבדל בטמפרטורה שנוצר בין התאים - בשל התגובה המתרחשת בתא המדגם - מבוטל על ידי מערכת משוב מזריק חום להשוות את הטמפרטורות של התאים.

זה סוג של קלורימטר מאפשר לעקוב אחר האינטראקציה בין מקרומולקולות הליגנים שלהם.

סריקת קלורימטר דיפרנציאלית

זה קלורימטר יש שני תאים, זהה CTI, אבל יש לו מכשיר המאפשר לקבוע את הטמפרטורה ואת זרימת החום הקשורים לשינויים של חומר כפונקציה של זמן.

טכניקה זו מספקת מידע על קיפול חלבונים וחומצות גרעין, כמו גם את הייצוב שלהם.

יישומים

-Calorimetry מאפשר לקבוע את חילופי החום המתרחש בתגובה כימית, המאפשר להבין בצורה ברורה יותר את המנגנון של זה.

-על ידי קביעת החום הספציפי של חומר, calorimetry מספק נתונים המסייעים זיהוי שלה.

-מאחר וישנה מידתיות ישירה בין שינוי החום של התגובה לריכוז המגיבים, יחד עם העובדה כי קלורימטרי אינו דורש דגימות ברורות, טכניקה זו יכולה לשמש כדי לקבוע את ריכוז החומרים הקיימים מטריצות מורכבות..

-בתחום ההנדסה הכימית נעשה שימוש ב קלורימטריה בתהליך הבטיחות, כמו גם בתחומים שונים של תהליך האופטימיזציה, התגובה הכימית ויחידת התפעול.

שימושים של קלורימטרי טיטרציה איזותרמית

-היא משתפת פעולה בהקמת מנגנון פעולה אנזימטית, כמו גם בקינטיקה שלה. טכניקה זו יכולה למדוד את התגובות בין מולקולות, קביעת זיקה מחייבת, stoichiometry, אנתלפיה ואנטרופיה בפתרון ללא צורך סמנים.

-מעריך את האינטראקציה של חלקיקים עם חלבונים, בשילוב עם שיטות אנליטיות אחרות, הוא כלי חשוב להקליט את השינויים קונפורמציה של חלבונים.

-יש לו יישום שימור של מזון וגידולים.

-באשר לשימור המזון, ניתן לקבוע את הידרדרותו ואת חיי המדף שלו (פעילות מיקרוביולוגית). ניתן להשוות את היעילות של שיטות שימור מזון שונות, ואתה יכול לקבוע את המינון האופטימלי של חומרים משמרים, כמו גם את השפלה של בקרת האריזה.

-באשר גידולי הירקות, אתה יכול ללמוד את הנביטה של ​​הזרע. בהיותם במים ובנוכחות חמצן, הם משחררים חום שניתן למדוד בעזרת קלורימטר איזותרמי. זה בוחן את הגיל ואת אחסון לא מספיק של הזרעים ומחקרים שיעור הצמיחה שלהם כאשר מתמודדים עם וריאציות טמפרטורה, pH או כימיקלים שונים..

-לבסוף, הוא יכול למדוד את הפעילות הביולוגית של קרקעות. בנוסף, הוא יכול לזהות מחלות.

שימושים של calorimetry סריקה ההפרש

-יחד עם קלורימטריה איזותרמית, היא אפשרה ללמוד את האינטראקציה של חלבונים עם ligands שלהם, אינטראקציה allosteric, קיפול חלבונים מנגנון מנגנון הייצוב שלהם.

-אתה יכול ישירות למדוד את החום כי הוא שוחרר או נספג במהלך אירוע האג"ח המולקולרי.

-Calorimetry סריקה דיפרנציאלי הוא כלי תרמודינמי להקמה ישירה של ספיגת אנרגיה קלורית המתרחשת במדגם. זה מאפשר לנו לנתח את הגורמים להתערב ביציבות של מולקולת חלבון.

-הוא גם בוחן את התרמודינמיקה של מעבר חומצה גרעין. הטכניקה מאפשרת קביעת יציבות חמצון של חומצה לינולאית מבודד מצמידים שומנים אחרים.

-הטכניקה מוחלת כימות של מוצקים ננו פרמצבטיות ב אפיון תרמי של מובילי השומנים nanostructured.

הפניות

1. ויטן, ק, דייוויס, ר ', פק, מ' וסטנלי, ז. כימיה. (2008). 8th ed. עריכה.
2. Rehak, N. N ו- Young, D. S. (1978). יישומים פוטנציאליים של קלורימטריה במעבדה הקלינית. הקליני כימיה 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). יישומים של תגובה קלורימטרי בהנדסה כימית. ת. אנאלי 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P. C. ו Salemme, F. R. (2003). יישומים של שיטות calorimetric לגילוי סמים המחקר של אינטראקציות חלבונים. קור. דעות מבנה. ביול 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. and Ranjbar, B. (2010).  דיפרנציאל סריקה טכניקות calorimetric: יישומים בביולוגיה ננו. ג 'יי Biol. Tech.21 (4): 167-193.
6. עמנוביץ-מיקליקנין, א ', מנפילד, א' ווילקינס, ט '(2017). יישומים של calurimetry טיטרציה איזותרמית בהערכת אינטראקציות חלבון nanoparticle. ת. אנאלי 127: 605-613.
7. קונסורציום קהילתי קהילתי עבור אישורי ביולוגיה. (7 ביולי 2014). כוס קפה קלורימטר. [איור] ב -7 ביוני 2018, מתוך: commons.wikimedia.org