Kalorimetri Çalışmaları ve Uygulamaları

kalorimetri kimyasal veya fiziksel bir işlemle ilişkili bir sistemin kalorik içeriğindeki değişiklikleri belirleyen bir tekniktir. Bir sistem ısı emdiğinde veya yaydığında sıcaklık değişimlerinin ölçülmesine dayanır. Kalorimetre, bir ısı değişiminin katıldığı reaksiyonlarda kullanılan ekipmandır..

Bir "kahve fincanı" olarak bilinen şey bu tür bir cihazın en basit şeklidir. Kullanımıyla, sulu bir çözeltide sabit bir basınçta gerçekleştirilen reaksiyonlarda yer alan ısı miktarı ölçülür. Bir fincan tipi kahve kalorimetresi beher kabına yerleştirilen bir polistiren kabından oluşur.

Su, polistiren kabın içine yerleştirilir ve aynı malzemeden belirli bir ısı yalıtımı sağlayan bir kapakla donatılmıştır. Ek olarak, kap bir termometreye ve mekanik bir karıştırıcıya sahiptir..

Bu kalorimetre, bir reaksiyon sulu bir çözeltide gerçekleştiğinde reaksiyonun endotermik veya ekzotermik olmasına bağlı olarak emilen veya yayılan ısı miktarını ölçer. Çalışılacak sistem reaktifler ve ürünlerden oluşur.

indeks

• 1 Ne okuyor??
• 2 Bir kalorimetrenin kalori kapasitesi
  • 2.1 Spesifik ısıyı hesaplamak için kalorimetrenin kullanımına örnek
• 3 kalorimetrik pompa
• 4 Kalorimetre türleri
  • 4.1 İzotermal titrasyon kalorimetresi (CTI)
  • 4.2 Diferansiyel taramalı kalorimetre
• 5 uygulama
  • 5.1 İzotermal titrasyon kalorimetresinin kullanım alanları
  • 5.2 Diferansiyel taramalı kalorimetrenin kullanım alanları
• 6 Kaynakça

Ne okuyor?

Kalorimetri, kimyasal bir reaksiyonla ilişkili ısı enerjisi ile aynı değişkenlerin belirlenmesinde nasıl kullanıldığı arasındaki ilişkiyi inceler. Araştırma alanındaki uygulamaları bu yöntemlerin kapsamını haklı çıkarmaktadır.

Bir kalorimetrenin kalori kapasitesi

Bu kapasite, kalorimetre tarafından emilen ısı miktarının sıcaklıktaki değişime bölünmesiyle hesaplanır. Bu değişim ekzotermik bir reaksiyonda yayılan ısının bir ürünüdür ve şunlara eşittir:

Kalorimetre tarafından emilen ısı miktarı + çözelti tarafından emilen ısı miktarı

Değişim, sıcaklıktaki değişimi ölçerek bilinen bir miktarda ısı eklenerek belirlenebilir. Kalorik kapasitenin bu tespiti için genellikle yanma ısısı bilindiğinden benzoik asit kullanılır (3,227 kJ / mol).

Elektrik akımı ile ısı ekleyerek kalorik kapasiteyi de belirleyebilirsiniz..

örnek özgül ısıyı hesaplamak için kalorimetre kullanımının

95 g'lık bir metal çubuk 400 ° C'ye ısıtılır, hemen başlangıçta 20 ° C'de 500 g su içeren bir kalorimetre alınır. Sistemin son sıcaklığı 24ºC'dir. Metalin özgül ısısını hesaplayın.

Δq = m x ce x Δt

Bu ifadede:

Δq = yük değişimi.

m = kütle.

ce = özgül ısı.

Δt = sıcaklık değişimi.

Suyun kazandığı ısı, metal çubuktan salınan ısıya eşittir..

Bu değer gümüş için özel bir ısı tablosunda görünen değere benzer (234 J / kg ºC).

Yani, kalorimetri uygulamalarından biri malzemelerin belirlenmesi için işbirliği.

Kalorimetrik pompa

Bu kapta meydana gelen reaksiyonlar sırasında ortaya çıkabilecek yüksek basınçlara dayanıklı, pompa olarak bilinen çelik bir kaptan oluşur; Bu konteyner reaksiyonları başlatmak için bir ateşleme devresine bağlanır..

Pompa, işlevi reaksiyonlar sırasında üretilen ısıyı emmek olan, sıcaklık değişimini küçük yapan, büyük bir kaba suya batırılır. Su kabı bir termometre ve mekanik bir karıştırıcı ile donatılmıştır.

Enerji değişimleri pratik olarak sabit hacim ve sıcaklıkta ölçülür, bu nedenle pompada meydana gelen reaksiyonlar üzerinde çalışma yapılmaz.

ΔE = q

ΔE, reaksiyondaki iç enerjinin değişimi ve bu sıcaklıkta üretilen ısıdır..

Kalorimetre çeşitleri

İzotermal titrasyon kalorimetresi (CTI)

Kalorimetre iki hücreye sahiptir: bir tanesine örnek yerleştirilir ve diğerine referans olana su genellikle yerleştirilir.

Hücreler arasında oluşan sıcaklık farkı - örneğin hücresinde meydana gelen reaksiyon nedeniyle - hücrelerin sıcaklıklarını eşitlemek için ısı veren bir geri besleme sistemi tarafından iptal edilir.

Bu tür kalorimetre, makromoleküller ve ligandları arasındaki etkileşimi takip etmeyi sağlar..

Diferansiyel taramalı kalorimetre

Bu kalorimetre CTI ile aynı olan iki hücreye sahiptir, ancak zamanın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin değişimleriyle ilişkili sıcaklık ve ısı akışını belirlemeye izin veren bir cihaza sahiptir.

Bu teknik, proteinlerin ve nükleik asitlerin katlanması ve ayrıca stabilizasyonları hakkında bilgi verir..

uygulamaları

-Kalorimetri, kimyasal bir reaksiyonda meydana gelen ısı değişimini belirleyerek, bunun mekanizmasını daha net bir şekilde anlamanıza izin verir..

-Bir materyalin özgül ısısını belirleyerek, kalorimetri, tanımlanmasına yardımcı olan verileri sağlar..

-Bir reaksiyonun ısı değişimi ile reaktiflerin konsantrasyonu arasında doğrudan bir orantı olduğu için, kalorimetrinin açık numuneler gerektirmemesi gerçeğiyle birlikte, bu teknik karmaşık matrislerde bulunan maddelerin konsantrasyonunu belirlemek için kullanılabilir..

-Kimya mühendisliği alanında, kalorimetri, emniyet işleminde ve ayrıca optimizasyon işleminde farklı alanlarda, kimyasal reaksiyonda ve operasyon ünitesinde kullanılır..

İzotermal titrasyon kalorimetresi kullanımları

-Enzimatik etki mekanizmasının kurulmasında ve kinetiğinde işbirliği yapar. Bu teknik, moleküller arasındaki reaksiyonları ölçebilir, belirteçlere ihtiyaç duyulmadan çözelti içindeki bağlanma afinitesi, stokiyometri, entalpi ve entropiyi belirleyebilir.

-Nanopartiküllerin proteinlerle etkileşimini değerlendirir ve diğer analitik yöntemlerle birlikte proteinlerin konformasyonel değişikliklerini kaydetmek için önemli bir araçtır.

-Gıda ve bitkilerin korunmasında uygulamalara sahiptir..

-Gıdanın korunmasına gelince, bozulma ve raf ömrünü (mikrobiyolojik aktivite) belirleyebilirsiniz. Farklı gıda muhafaza yöntemlerinin verimliliğini karşılaştırabilir ve en uygun koruyucu dozu ve ayrıca ambalaj kontrolündeki bozulmayı belirleyebilirsiniz..

-Sebze bitkilerine gelince, tohumun çimlenmesini inceleyebilirsiniz. Suda ve oksijen varlığında, izotermal bir kalorimetre ile ölçülebilen ısı serbest bırakırlar. Tohumların yaşını ve yetersiz depolanmasını inceler ve sıcaklık, pH veya farklı kimyasallardaki değişikliklerle karşılaştığında büyüme hızlarını inceler..

-Son olarak, toprakların biyolojik aktivitesini ölçebilir. Ayrıca hastalıkları tespit edebilir.

Diferansiyel taramalı kalorimetrinin kullanım alanları

-İzotermal kalorimetri ile birlikte, proteinlerin ligandları ile etkileşimlerini, allosterik etkileşimi, proteinlerin katlanmasını ve stabilizasyon mekanizmalarını incelemeye izin vermiştir..

-Moleküler bir bağ olayı sırasında serbest bırakılan veya emilen ısıyı doğrudan ölçebilirsiniz..

-Diferansiyel taramalı kalorimetri, bir numunede oluşan kalorik enerji alımının doğrudan oluşturulması için kullanılan termodinamik bir araçtır. Bu, protein molekülünün stabilitesine müdahale eden faktörleri analiz etmemizi sağlar.

-Ayrıca, nükleik asit katlama geçişinin termodinamiğini de incelemektedir. Teknik izole edilmiş ve diğer lipidlere bağlanmış olan linoleik asidin oksidatif stabilitesinin belirlenmesine izin verir.

-Bu teknik, farmasötik nano-katıların miktar tayininde ve nanoyapılı lipit taşıyıcıların termal karakterizasyonunda uygulanır..

referanslar

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. ve Stanley, G. kimya. (2008). 8th ed. Cengage Öğrenme Düzenlemesi.
2. Rehak, N.N. ve Young, D.S (1978). Klinik laboratuvarda kalorimetrenin olası uygulamaları. Clin. Chem. 24 (8): 1414 - 1419.
3. Stossel, F. (1997). Reaksiyon kalorimetrisinin kimya mühendisliğinde kullanımı. J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P.C. ve Salemme, F. R. (2003). Kalorimetrik yöntemlerin ilaç keşfi uygulamaları ve protein etkileşimlerinin incelenmesi. Curr. Opin. Struct. Biol. 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. ve Ranjbar, B. (2010).  Diferansiyel taramalı kalorimetrik teknikler: Biyoloji ve nanobilimdeki uygulamalar. J. Biol Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. ve Wilkins, T. (2017). Protein-nanopartikül etkileşimlerinin değerlendirilmesinde izotermal titrasyon kalorimetresinin uygulamaları. J. Therm. Anal. 127: 605-613.
7. Biyobilim Bilgileri için Community College Consortium. (7 Temmuz 2014). Kahve fincanı kalorimetresi. [Şekil]. Commons.wikimedia.org adresinden 7 Haziran 2018 tarihinde alındı.