KALORIMETRIJA: KO TĀ PĒTA UN PIELIETO - ĶĪMIJA - 2025

Kolorimetrija ir metode, kas nosaka izmaiņas kaloriju saturu, sistēmas, kas saistīts ar ķīmisku vai fizikālu procesu. Tās pamatā ir temperatūras izmaiņu mērīšana, kad sistēma absorbē vai izstaro siltumu. Kalorimetrs ir aprīkojums, ko izmanto reakcijās, kurās notiek siltuma apmaiņa.

Tas, ko sauc par “kafijas tasi”, ir vienkāršākā šāda veida ierīces forma. Izmantojot to, mēra siltuma daudzumu, kas iesaistīts reakcijās, kuras ūdens šķīdumā veic ar pastāvīgu spiedienu. Kafijas tases kalorimetrs sastāv no polistirola trauka, kuru ievieto vārglāzē.

Ūdens tiek ievietots polistirola traukā, kas aprīkots ar vāku, kas izgatavots no tā paša materiāla, kas tam piešķir noteiktu siltumizolācijas pakāpi. Turklāt traukā ir termometrs un mehānisks maisītājs.

Šis kalorimetrs mēra absorbētā vai izdalītā siltuma daudzumu atkarībā no tā, vai reakcija ir endotermiska vai eksotermiska, ja reakcija notiek ūdens šķīdumā. Pētāmo sistēmu veido reaģenti un produkti.

Ko pēta kalorimetrija?

Kalorimetrija pēta sakarību starp siltuma enerģiju, kas saistīta ar ķīmisku reakciju, un to, kā tā tiek izmantota, lai noteiktu tās mainīgos lielumus. To pielietojums pētniecības jomā attaisno šo metožu darbības jomu.

Kalorimetra kaloritāte

Šo jaudu aprēķina, dalot kalorimetru absorbēto siltuma daudzumu ar temperatūras izmaiņām. Šīs izmaiņas ir siltuma, ko izstaro eksotermiskā reakcijā, reizinājums, kas ir vienāds ar:

Siltuma daudzums, ko absorbē kalorimetrs, + siltuma daudzums, ko absorbē šķīdums

Izmaiņas var noteikt, pievienojot zināmu siltuma daudzumu, izmērot temperatūras izmaiņas. Šajā kaloriju ietilpības noteikšanā parasti izmanto benzoskābi, jo ir zināms tās sadegšanas siltums (3,227 kJ / mol).

Kaloriju var noteikt arī, pievienojot siltumu, izmantojot elektrisko strāvu.

Piemērs

95 g metāla stieņa tiek uzkarsēts līdz 400 ° C, nekavējoties nogādājot to kalorimetrā ar 500 g ūdens, sākotnēji 20 ° C temperatūrā. Sistēmas gala temperatūra ir 24 ºC. Aprēķiniet metāla īpatnējo siltumu.

Δq = mx ce x Δt

Šajā izteicienā:

Δq = slodzes variācija.

m = masa.

ce = īpatnējais siltums.

Δt = temperatūras svārstības.

Ūdens iegūtais siltums ir vienāds ar siltumu, kas izdalās no metāla stieņa.

Šī vērtība ir līdzīga tai, kas parādīta sudraba īpatnējā siltuma tabulā (234 J / kg ºC).

Tātad viens no kalorimetrijas pielietojumiem ir sadarbība materiālu identificēšanā.

Kalorimetriskais sūknis

Tas sastāv no tērauda konteinera, kas pazīstams kā sūknis, izturīgs pret lielu spiedienu, kas var rasties šajā tvertnē notiekošo reakciju laikā; Šis konteiners ir savienots ar aizdedzes ķēdi, lai sāktu reakcijas.

Sūknis tiek iegremdēts lielā traukā ar ūdeni, kura funkcija ir absorbēt siltumu, kas reakcijā rodas sūknī, padarot temperatūras svārstības nelielas. Ūdens trauks ir aprīkots ar termometru un mehānisku maisītāju.

Enerģijas izmaiņas tiek mērītas praktiski nemainīgā tilpumā un temperatūrā, tāpēc reakcija, kas notiek sūknī, netiek veikta.

ΔE = q

ΔE ir reakcijas iekšējās enerģijas un tajā radītā siltuma q variācija.

Kalorimetru veidi

Izotermiskās titrēšanas kalorimetrs (CTI)

Kalorimetram ir divas šūnas: vienā ievieto paraugu, bet otrā ievieto atsauces, ūdeni.

Temperatūras starpību, kas rodas starp šūnām - reakcijas dēļ, kas notiek parauga šūnā - atceļ ar atgriezeniskās saites sistēmu, kas ievada siltumu, lai izlīdzinātu šūnu temperatūru.

Šis kalorimetru tips ļauj sekot makromolekulu un to ligandu mijiedarbībai.

Diferenciālais skenēšanas kalorimetrs

Šim kalorimetram ir divas šūnas, piemēram, CTI, bet tam ir ierīce, kas ļauj laika un temperatūras un siltuma plūsmas noteikt ar izmaiņām materiālā.

Šis paņēmiens sniedz informāciju par olbaltumvielu un nukleīnskābju locīšanu, kā arī par to stabilizāciju.

Lietojumprogrammas

-Kalorimetrija ļauj noteikt siltuma apmaiņu, kas notiek ķīmiskajā reakcijā, tādējādi ļaujot skaidrāk izprast tās mehānismu.

-Nosakot materiāla īpašo siltumu, kalorimetrija nodrošina datus, kas palīdz to identificēt.

- Tā kā pastāv tieša proporcionalitāte starp reakcijas siltuma izmaiņām un reaģentu koncentrāciju kopā ar faktu, ka kalorimetrijai nav vajadzīgi skaidri paraugi, šo paņēmienu var izmantot, lai noteiktu sarežģītā matricā esošo vielu koncentrāciju.

-Ķīmiskās inženierijas jomā kalorimetrija tiek izmantota drošības procesā, kā arī dažādās optimizācijas procesa, ķīmiskās reakcijas un darbības vienības jomās.

Izotermiskās titrēšanas kalorimetrijas lietojumi

-Kolorāti enzīmu darbības mehānisma izveidē, kā arī tā kinētikā. Ar šo paņēmienu var izmērīt reakcijas starp molekulām, nosakot saistīšanās afinitāti, stehiometriju, entalpiju un entropiju šķīdumā bez nepieciešamības pēc marķieriem.

- Novērtē nanodaļiņu mijiedarbību ar olbaltumvielām un kopā ar citām analītiskajām metodēm ir svarīgs instruments olbaltumvielu konformācijas izmaiņu reģistrēšanai.

-Tā ir piemērojama pārtikas un kultūru saglabāšanā.

-Kā saglabāt pārtiku, jūs varat noteikt tā pasliktināšanos un glabāšanas laiku (mikrobioloģiskā aktivitāte). Jūs varat salīdzināt dažādu pārtikas konservēšanas metožu efektivitāti un jūs varat noteikt optimālo konservantu devu, kā arī degradāciju iepakojuma kontrolē.

-Kā dārzeņu kultūrām varat izpētīt sēklu dīgtspēju. Atrodoties ūdenī un skābekļa klātbūtnē, tie izdala siltumu, ko var izmērīt ar izotermisku kalorimetru. Pārbaudiet sēklu vecumu un nepareizu uzglabāšanu un izpētiet to augšanas ātrumu temperatūras, pH vai dažādu ķīmisko vielu svārstībās.

-Visbeidzot, ar to var izmērīt augsnes bioloģisko aktivitāti. Turklāt tas var atklāt slimības.

Diferenciālās skenēšanas kalorimetrijas lietojumi

-Kopā ar izotermisko kalorimetriju tas ļāva izpētīt olbaltumvielu mijiedarbību ar to ligandiem, allosterisko mijiedarbību, olbaltumvielu locīšanu un to stabilizācijas mehānismu.

-Jūs varat tieši izmērīt siltumu, kas izdalās vai tiek absorbēts molekulārās saites gadījumā.

-Diferenciālā skenējošā kalorimetrija ir termodinamiskais rīks, kas ļauj tieši noteikt parauga siltumenerģijas uzņemšanu. Tas ļauj analizēt faktorus, kas saistīti ar olbaltumvielu molekulas stabilitāti.

-Tā arī pēta nukleīnskābju salocīšanas pārejas termodinamiku. Metode ļauj noteikt izolētās un savienotās ar citiem lipīdiem linolskābes oksidatīvo stabilitāti.

- Šo paņēmienu izmanto, lai kvantitatīvi noteiktu nanosīpoli farmaceitiskiem nolūkiem un nanostrukturētu lipīdu transportētāju termiskajā raksturojumā.

Atsauces

1. Vaitens, K., Deiviss, R., Peks, M. un Stenlijs, G. Ķīmija. (2008). 8. ed. Cengage Learning Edit.
2. Rehaks, NN un Young, DS (1978). Paredzamie kalorimetrijas pielietojumi klīniskajā laboratorijā. Klin. Chem. 24 (8): 1414–1419.
3. Stossel, F. (1997). Reakcijas kalorimetrijas pielietojumi ķīmiskajā inženierijā. J. Terms. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Vēbers, PC un Salemme, FR (2003). Kalorimetrisko metožu pielietojums zāļu atklāšanā un olbaltumvielu mijiedarbības pētījumos. Curr. Viedokļi. Struktūra. Biol., 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. un Ranjbar, B. (2010). Diferenciālās skenēšanas kalorimetriskās metodes: pielietojumi bioloģijā un nanozinātnē. J. Biol., Tech. 21 (4): 167-193.
6. Omanovičs-Miklikanins, E., Manfīlds, I. un Vilkins, T. (2017). Izotermiskās titrēšanas kalorimetrijas pielietojumi olbaltumvielu un nanodaļiņu mijiedarbības novērtēšanā. J. Terms. Anal. 127: 605-613.
7. Kopienas koledžas konsorcijs bioloģisko zinātņu akreditācijas dokumentiem. (2014. gada 7. jūlijs). Kafijas tases kalorimetrs. . Saņemts 2018. gada 7. jūnijā no vietnes: commons.wikimedia.org