Kalorimetrie Was Studien und Anwendungen

Die Kalorimetrie es ist eine Technik, die die Veränderungen des Kaloriengehalts eines Systems bestimmt, das mit einem chemischen oder physikalischen Prozess verbunden ist. Es basiert auf der Messung von Temperaturänderungen, wenn ein System Wärme absorbiert oder abgibt. Das Kalorimeter ist die Ausrüstung, die in Reaktionen verwendet wird, in denen ein Wärmeaustausch beteiligt ist.

Was als "Kaffeetasse" bekannt ist, ist die einfachste Form dieser Art von Gerät. Durch seine Verwendung wird die Wärmemenge gemessen, die bei Reaktionen involviert ist, die bei konstantem Druck in einer wässrigen Lösung durchgeführt werden. Ein Kalorimeter vom Kaffeetassen-Typ besteht aus einem Polystyrolbehälter, der in einem Becherglas angeordnet ist.

Das Wasser wird in den Styroporbehälter gegeben, der mit einem Deckel aus demselben Material ausgestattet ist, der ihm eine gewisse Wärmeisolierung verleiht. Der Behälter weist außerdem ein Thermometer und einen mechanischen Rührer auf.

In diesem Kalorimeter wird die Menge der absorbierten oder emittierten Wärme gemessen, abhängig davon, ob die Reaktion endotherm oder exotherm ist, wenn eine Reaktion in einer wässrigen Lösung stattfindet. Das zu untersuchende System besteht aus den Reaktanten und den Produkten.

Index

• 1 Was studierst du?
• 2 Kalorische Kapazität eines Kalorimeters
  • 2.1 Beispiel für die Verwendung des Kalorimeters zur Berechnung der spezifischen Wärme
• 3 kalorimetrische Pumpe
• 4 Arten von Kalorimetern
  • 4.1 Isothermales Titrationskalorimeter (CTI)
  • 4.2 Differential-Scanning-Kalorimeter
• 5 Anwendungen
  • 5.1 Verwendung der isothermalen Titrationskalorimetrie
  • 5.2 Verwendung der Differential-Scanning-Kalorimetrie
• 6 Referenzen

Was studierst du?

In der Kalorimetrie wird die Beziehung untersucht, bei der die Wärmeenergie mit einer chemischen Reaktion in Zusammenhang steht und wie sie dazu verwendet wird, Variablen davon zu bestimmen. Ihre Anwendungen in den Forschungsbereichen rechtfertigen den Anwendungsbereich dieser Methoden.

Kalorische Kapazität eines Kalorimeters

Diese Kapazität wird berechnet, indem die vom Kalorimeter absorbierte Wärmemenge durch die Temperaturänderung dividiert wird. Diese Variation ist ein Produkt der Wärme, die in einer exothermen Reaktion emittiert wird, die gleich ist:

Vom Kalorimeter aufgenommene Wärmemenge + Wärmemenge, die von der Lösung absorbiert wird

Die Variation kann durch Hinzufügen einer bekannten Wärmemenge durch Messen der Temperaturänderung bestimmt werden. Für diese Bestimmung der kalorischen Kapazität wird üblicherweise Benzoesäure verwendet, da ihre Verbrennungswärme bekannt ist (3.227 kJ / mol).

Die kalorische Kapazität kann auch durch die Zugabe von Wärme durch einen elektrischen Strom bestimmt werden.

Beispielder Verwendung des Kalorimeters zur Berechnung der spezifischen Wärme

Ein Stab von 95 g eines Metalls wird auf 400 ºC erhitzt, wobei sofort ein Kalorimeter mit 500 g Wasser anfänglich bei 20 ºC genommen wird. Die Endtemperatur des Systems beträgt 24 ° C. Berechnen Sie die spezifische Wärme des Metalls.

Δq = m × ce × Δt

In diesem Ausdruck:

Δq = Lastvariation.

m = Masse.

ce = spezifische Wärme.

Δt = Temperaturänderung.

Die durch das Wasser gewonnene Wärme ist gleich der von der Metallstange abgegebenen Wärme.

Dieser Wert ähnelt dem in einer speziellen Tabelle für Silber (234 J / kg ºC).

Eine der Anwendungen der Kalorimetrie ist die Zusammenarbeit bei der Identifizierung von Materialien.

Kalorimetrische Pumpe

Es besteht aus einem Stahlbehälter, der als Pumpe bekannt ist und den hohen Drücken standhält, die bei den Reaktionen in diesem Behälter auftreten können. dieser Behälter ist mit einem Zündkreis verbunden, um die Reaktionen zu starten.

Die Pumpe wird in einen großen Behälter mit Wasser getaucht, dessen Funktion darin besteht, die Wärme zu absorbieren, die während der Reaktionen in der Pumpe erzeugt wird, wodurch die Temperaturschwankungen klein sind. Der Wasserbehälter ist mit einem Thermometer und einem mechanischen Rührwerk ausgestattet.

Energieänderungen werden praktisch bei konstantem Volumen und konstanter Temperatur gemessen, so dass an den Reaktionen in der Pumpe nicht gearbeitet wird.

ΔE = q

ΔE ist die Variation der inneren Energie in der Reaktion und q die in ihr erzeugte Wärme.

Arten von Kalorimetern

Isothermales Titrationskalorimeter (CTI)

Das Kalorimeter hat zwei Zellen: In einem wird die Probe platziert und in dem anderen, dem Referenz-Wasser, wird normalerweise Wasser platziert.

Der Unterschied in der Temperatur, die zwischen den Zellen erzeugt wird - aufgrund der Reaktion, die in der Zelle der Probe auftritt - wird durch ein Rückkopplungssystem aufgehoben, das Wärme injiziert, um die Temperaturen der Zellen auszugleichen.

Diese Art von Kalorimeter erlaubt es, der Wechselwirkung zwischen den Makromolekülen und ihren Liganden zu folgen.

Differential-Scanning-Kalorimeter

Dieses Kalorimeter hat zwei Zellen, die gleiche wie die CTI, aber es hat eine Vorrichtung, die es ermöglicht, die Temperatur und die Wärmeflüsse zu bestimmen, die mit den Veränderungen eines Materials als Funktion der Zeit verbunden sind.

Diese Technik gibt Auskunft über die Faltung von Proteinen und Nukleinsäuren sowie deren Stabilisierung.

Anwendungen

- Die Kalorimetrie erlaubt es, den Wärmeaustausch zu bestimmen, der bei einer chemischen Reaktion auftritt, um den Mechanismus dieser Reaktion besser zu verstehen.

- Bei der Bestimmung der spezifischen Wärme eines Materials liefert die Kalorimetrie Daten, die ihre Identifizierung erleichtern.

- Da es eine direkte Proportionalität zwischen der Wärmeänderung einer Reaktion und der Konzentration der Reaktanten gibt, gekoppelt mit der Tatsache, dass die Kalorimetrie keine klaren Proben benötigt, kann diese Technik verwendet werden, um die Konzentration von in komplexen Matrices vorhandenen Substanzen zu bestimmen.

-Im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik wird die Kalorimetrie sowohl im Sicherheitsprozess als auch in verschiedenen Bereichen des Optimierungsprozesses, der chemischen Reaktion und in der Betriebseinheit eingesetzt.

Verwendung der isothermalen Titrationskalorimetrie

-Kontrollieren in der Etablierung des Mechanismus der enzymatischen Wirkung, sowie seiner Kinetik. Diese Technik kann die Reaktionen zwischen Molekülen messen, wobei die Bindungsaffinität, Stöchiometrie, Enthalpie und Entropie in Lösung ohne die Notwendigkeit von Markern bestimmt werden.

- Evaluiert die Wechselwirkung von Nanopartikeln mit Proteinen und ist in Verbindung mit anderen analytischen Methoden ein wichtiges Werkzeug, um die Konformationsänderungen von Proteinen aufzuzeichnen.

-Es hat Anwendung in der Erhaltung von Lebensmitteln und Pflanzen.

-In Bezug auf die Konservierung von Lebensmitteln, können Sie ihre Verschlechterung und Lebensdauer in den Regalen (mikrobiologische Aktivität) bestimmen. Sie können die Effizienz verschiedener Methoden zur Konservierung von Lebensmitteln vergleichen, und Sie können die optimale Konservierungsdosis sowie den Abbau der Verpackungskontrolle bestimmen.

- Bei Gemüsekulturen können Sie die Keimung des Samens studieren. In Wasser und in Gegenwart von Sauerstoff setzen sie Wärme frei, die mit einem isothermen Kalorimeter gemessen werden kann. Es untersucht das Alter und die unzureichende Lagerung der Samen und untersucht ihre Wachstumsrate, wenn sie mit Temperaturschwankungen, pH-Werten oder verschiedenen Chemikalien konfrontiert sind.

-Final kann es die biologische Aktivität von Böden messen. Darüber hinaus kann es Krankheiten erkennen.

Verwendung von Differential-Scanning-Kalorimetrie

In Verbindung mit der isothermen Kalorimetrie wurde die Wechselwirkung von Proteinen mit ihren Liganden, die allosterische Wechselwirkung, die Faltung von Proteinen und der Mechanismus ihrer Stabilisierung untersucht.

- Die während eines molekularen Bindungsvorgangs freigesetzte oder absorbierte Wärme kann direkt gemessen werden.

-Die Differential-Scanning-Kalorimetrie ist ein thermodynamisches Werkzeug zur direkten Ermittlung der in einer Probe auftretenden kalorischen Energieaufnahme. Dies erlaubt uns, die Faktoren zu analysieren, die in die Stabilität des Proteinmoleküls eingreifen.

- Es untersucht auch die Thermodynamik des Nukleinsäure-Faltungsübergangs. Die Technik erlaubt die Bestimmung der oxidativen Stabilität von Linolsäure, die isoliert und an andere Lipide gekoppelt ist.

-Die Technik wird bei der Quantifizierung von pharmazeutischen Nanofeststoffen und bei der thermischen Charakterisierung von nanostrukturierten Lipidtransportern eingesetzt.

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