CALORIMETRI: APA YANG DIKAJI DAN DIAPLIKASIKANNYA - KIMIA - 2026

The kalorimeter adalah teknik yang menentukan perubahan kandungan kalori sistem yang berkaitan dengan proses kimia atau fizikal. Ini berdasarkan pengukuran perubahan suhu ketika sistem menyerap atau mengeluarkan panas. Kalorimeter adalah peralatan yang digunakan dalam tindak balas di mana pertukaran haba terlibat.

Apa yang dikenali sebagai "cawan kopi" adalah bentuk alat jenis termudah. Dengan menggunakannya, jumlah haba yang terlibat dalam tindak balas yang dilakukan pada tekanan berterusan dalam larutan berair diukur. Kalorimeter cawan kopi terdiri daripada bekas polistirena, yang diletakkan di dalam bikar.

Air diletakkan di dalam bekas polistirena, dilengkapi dengan penutup yang diperbuat daripada bahan yang sama yang memberikan penebat haba tahap tertentu. Di samping itu, bekas mempunyai termometer dan pengaduk mekanikal.

Kalorimeter ini mengukur jumlah haba yang diserap atau dipancarkan, bergantung kepada sama ada tindak balas itu adalah endotermik atau eksotermik, apabila tindak balas berlaku dalam larutan berair. Sistem yang akan dikaji terdiri daripada reaktan dan produk.

Apa yang dikaji oleh kalorimetri?

Kalorimetri mengkaji hubungan antara tenaga haba yang berkaitan dengan tindak balas kimia, dan bagaimana ia digunakan untuk menentukan pemboleh ubahnya. Aplikasi mereka dalam bidang penyelidikan membenarkan ruang lingkup kaedah ini.

Kapasiti kalori kalorimeter

Kapasiti ini dikira dengan membahagikan jumlah haba yang diserap oleh kalorimeter dengan perubahan suhu. Variasi ini adalah produk haba yang dipancarkan dalam reaksi eksotermik, yang sama dengan:

Jumlah haba yang diserap oleh kalorimeter + jumlah haba yang diserap oleh larutan

Variasi dapat ditentukan dengan menambahkan jumlah panas yang diketahui dengan mengukur perubahan suhu. Untuk penentuan keupayaan kalori ini, asid benzoat biasanya digunakan, kerana haba pembakarannya (3,227 kJ / mol) diketahui.

Kapasiti kalori juga dapat ditentukan dengan menambahkan haba menggunakan arus elektrik.

Contohnya

95 g bar logam dipanaskan hingga 400 ºC, segera membawanya ke kalorimeter dengan 500 g air, pada mulanya pada 20 ºC. Suhu akhir sistem ialah 24 ºC. Hitungkan haba tentu logam.

Δq = mx ce x Δt

Dalam ungkapan ini:

Δq = variasi beban.

m = jisim.

ce = haba tentu.

Δt = variasi suhu.

Haba yang diperoleh oleh air sama dengan haba yang dikeluarkan dari palang logam.

Nilai ini serupa dengan yang terdapat dalam jadual haba tertentu untuk perak (234 J / kg ºC).

Jadi salah satu aplikasi kalori adalah kerjasama untuk mengenal pasti bahan.

Pam kalori

Ia terdiri daripada bekas keluli, yang dikenali sebagai pam, tahan terhadap tekanan tinggi yang boleh timbul semasa tindak balas yang berlaku di dalam bekas ini; Bekas ini disambungkan ke litar pencucuhan untuk memulakan tindak balas.

Pam direndam dalam wadah besar dengan air, yang fungsinya adalah untuk menyerap panas yang dihasilkan dalam pam semasa reaksi, menjadikan variasi suhu kecil. Bekas air dilengkapi dengan termometer dan pengaduk mekanikal.

Perubahan tenaga diukur pada isipadu dan suhu yang hampir tetap, jadi tidak ada pekerjaan yang dilakukan terhadap reaksi yang berlaku di pam.

ΔE = q

ΔE adalah variasi tenaga dalaman dalam tindak balas dan q haba yang dihasilkan di dalamnya.

Jenis kalorimeter

Kalorimeter Titrasi Isotermal (CTI)

Kalorimeter mempunyai dua sel: di satu sampel diletakkan dan di lain, rujukan, air biasanya diletakkan.

Perbezaan suhu yang dihasilkan antara sel - kerana reaksi yang berlaku pada sel sampel - dibatalkan oleh sistem maklum balas yang menyuntikkan haba untuk menyamakan suhu sel.

Kalorimeter jenis ini memungkinkan untuk mengikuti interaksi antara makromolekul dan ligan mereka.

Calorimeter Pengimbasan Pembezaan

Kalorimeter ini mempunyai dua sel, seperti CTI, tetapi memiliki alat yang memungkinkan untuk menentukan suhu dan fluks panas yang berkaitan dengan perubahan bahan sebagai fungsi waktu.

Teknik ini memberikan maklumat mengenai lipatan protein dan asid nukleik, serta penstabilannya.

Permohonan

-Kalorimetri memungkinkan untuk menentukan pertukaran haba yang berlaku dalam tindak balas kimia, sehingga memungkinkan pemahaman yang lebih jelas mengenai mekanismenya.

-Dengan menentukan haba tentu bahan, kalorimetri memberikan data yang membantu mengenalinya.

- Oleh kerana terdapat perkadaran langsung antara perubahan haba tindak balas dan kepekatan reaktan, ditambah dengan fakta bahawa kalorimetri tidak memerlukan sampel yang jelas, teknik ini dapat digunakan untuk menentukan kepekatan bahan yang terdapat dalam matriks kompleks.

-Dalam bidang kejuruteraan kimia, kalorimetri digunakan dalam proses keselamatan, dan juga dalam bidang yang berbeza dari proses pengoptimuman, reaksi kimia dan di unit operasi.

Penggunaan kalorimetri titrasi isotermal

-Bekerjasama dalam pembentukan mekanisme tindakan enzim, dan juga kinetiknya. Teknik ini dapat mengukur tindak balas antara molekul, menentukan afinitas pengikatan, stoikiometri, entalpi, dan entropi dalam larutan tanpa memerlukan penanda.

-Menilai interaksi nanopartikel dengan protein dan, bersamaan dengan kaedah analisis lain, adalah alat penting untuk merekod perubahan konformasi protein.

-Mempunyai aplikasi dalam pemeliharaan makanan dan tanaman.

-Mengenai pemeliharaan makanan, anda dapat menentukan kemerosotan dan jangka hayatnya (aktiviti mikrobiologi). Anda dapat membandingkan kecekapan kaedah pengawetan makanan yang berbeza, dan anda dapat menentukan dos pengawet yang optimum, serta penurunan dalam kawalan pembungkusan.

-Bagi tanaman sayur-sayuran, anda boleh mengkaji percambahan biji benih. Berada di dalam air dan dengan adanya oksigen, mereka melepaskan haba yang dapat diukur dengan kalorimeter isotermal. Kaji usia dan penyimpanan benih yang tidak betul dan kaji kadar pertumbuhannya di bawah variasi suhu, pH atau bahan kimia yang berbeza.

-Akhirnya, ia dapat mengukur aktiviti biologi tanah. Selain itu, dapat mengesan penyakit.

Penggunaan Kalori Imbasan Pembezaan

- Bersama dengan kalorimetri isotermal, ini memungkinkan untuk mengkaji interaksi protein dengan ligan mereka, interaksi alosterik, lipatan protein dan mekanisme penstabilannya.

-Anda dapat mengukur secara langsung haba yang dibebaskan atau diserap semasa acara ikatan molekul.

Kalori imbasan pengimbasan adalah alat termodinamik untuk pembentukan langsung pengambilan tenaga haba yang berlaku dalam sampel. Ini memungkinkan untuk menganalisis faktor-faktor yang terlibat dalam kestabilan molekul protein.

-Ia juga mengkaji termodinamik peralihan lipatan asid nukleik. Teknik ini membolehkan penentuan kestabilan oksidatif asid linoleat yang diasingkan dan digabungkan dengan lipid lain.

-Teknik ini digunakan dalam pengukuran nanosolid untuk kegunaan farmaseutikal dan dalam ciri termal pengangkut lipid berstruktur nanostruktur.

Rujukan

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. dan Stanley, G. Kimia. (2008). Edisi ke-8. Suntingan Pembelajaran Cengage.
2. Rehak, NN dan Young, DS (1978). Penerapan kalorimetri di makmal klinikal. Klinik. Kimia 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Aplikasi kalori reaksi dalam kejuruteraan kimia. J. Therm. Dubur. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, PC dan Salemme, FR (2003). Aplikasi kaedah kalorimetrik untuk penemuan ubat dan kajian interaksi protein. Curr. Pendapat. Struktur. Biol.13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. dan Ranjbar, B. (2010). Teknik kalorimetri imbasan beza: aplikasi dalam Biologi dan nanosains. J. Biol. Tech. 21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. dan Wilkins, T. (2017). Aplikasi kalorimetri titrasi isotermal dalam penilaian interaksi protein-nanopartikel. J. Therm. Dubur. 127: 605-613.
7. Konsortium Kolej Komuniti untuk Kepujian Biosains. (7 Julai 2014). Kalorimeter cawan kopi. . Diakses pada 7 Jun 2018, dari: commons.wikimedia.org