Chia sẻ:
Nhiệt lượng học những gì nghiên cứu và ứng dụng
các nhiệt lượng kế nó là một kỹ thuật xác định những thay đổi trong hàm lượng calo của một hệ thống liên quan đến quá trình hóa học hoặc vật lý. Nó dựa trên việc đo lường sự thay đổi nhiệt độ khi một hệ thống hấp thụ hoặc phát ra nhiệt. Nhiệt lượng kế là thiết bị được sử dụng trong các phản ứng có liên quan đến trao đổi nhiệt.
Cái được gọi là "cốc cà phê" là hình thức đơn giản nhất của loại thiết bị này. Bằng cách sử dụng, lượng nhiệt tham gia vào các phản ứng được thực hiện ở áp suất không đổi trong dung dịch nước được đo. Một nhiệt lượng kế cà phê cốc bao gồm một hộp đựng polystyrene, được đặt trong cốc thủy tinh.
Nước được đặt trong thùng chứa polystyrene, được trang bị nắp bằng chất liệu tương tự mang lại cho nó một mức độ cách nhiệt nhất định. Ngoài ra, thùng chứa có nhiệt kế và máy khuấy cơ học.
Nhiệt lượng kế này đo lượng nhiệt được hấp thụ hoặc phát ra, tùy thuộc vào phản ứng là phản ứng nhiệt hay tỏa nhiệt, khi phản ứng xảy ra trong dung dịch nước. Hệ thống được nghiên cứu bao gồm thuốc thử và sản phẩm.
Chỉ số
- 1 anh ấy học gì??
- 2 Công suất calo của nhiệt lượng kế
- 2.1 Ví dụ về việc sử dụng nhiệt lượng kế để tính nhiệt lượng riêng
- Bơm 3 nhiệt lượng kế
- 4 loại nhiệt lượng kế
- 4.1 Nhiệt lượng kế chuẩn độ nhiệt (CTI)
- 4.2 Nhiệt lượng kế quét vi sai
- 5 ứng dụng
- 5.1 Sử dụng nhiệt lượng chuẩn độ đẳng nhiệt
- 5.2 Công dụng của phép đo nhiệt lượng quét vi sai
- 6 tài liệu tham khảo
Anh ấy học gì?
Nhiệt lượng học nghiên cứu mối quan hệ giữa năng lượng nhiệt liên quan đến phản ứng hóa học và cách nó được sử dụng để xác định các biến giống nhau. Các ứng dụng của nó trong các lĩnh vực nghiên cứu biện minh cho phạm vi của các phương pháp này.
Công suất calo của nhiệt lượng kế
Công suất này được tính bằng cách chia lượng nhiệt hấp thụ theo nhiệt lượng kế cho sự thay đổi nhiệt độ. Biến thể này là sản phẩm của nhiệt được phát ra trong phản ứng tỏa nhiệt, tương đương với:
Lượng nhiệt được hấp thụ bằng nhiệt lượng kế + lượng nhiệt được hấp thụ bởi dung dịch
Sự thay đổi có thể được xác định bằng cách thêm một lượng nhiệt đã biết bằng cách đo sự thay đổi nhiệt độ. Để xác định công suất calo này, axit benzoic thường được sử dụng, vì nhiệt của quá trình đốt cháy được biết đến (3.227 kJ / mol).
Bạn cũng có thể xác định công suất calo bằng cách thêm nhiệt qua dòng điện.
Ví dụ của việc sử dụng nhiệt lượng kế để tính nhiệt lượng riêng
Một thanh 95 g kim loại được làm nóng đến 400 ° C, ngay lập tức lấy nhiệt lượng kế với 500 g nước, ban đầu ở 20 ° C. Nhiệt độ cuối cùng của hệ thống là 24ºC. Tính nhiệt dung riêng của kim loại.
Δq = m x ce x Δt
Trong biểu thức này:
Δq = biến thiên tải.
m = khối lượng.
ce = nhiệt dung riêng.
Δt = biến đổi nhiệt độ.
Nhiệt thu được của nước bằng với nhiệt thoát ra từ thanh kim loại.
Giá trị này tương tự với giá trị xuất hiện trong bảng nhiệt cụ thể đối với bạc (234 J / kg ºC).
Vì vậy, một trong những ứng dụng của nhiệt lượng kế là hợp tác để xác định vật liệu.
Bơm nhiệt lượng
Nó bao gồm một thùng chứa bằng thép, được gọi là máy bơm, chịu được áp lực cao có thể phát sinh trong các phản ứng xảy ra trong thùng chứa này; thùng chứa này được kết nối với một mạch đánh lửa để bắt đầu các phản ứng.
Máy bơm được ngâm trong một thùng chứa lớn với nước, có chức năng hấp thụ nhiệt được tạo ra trong máy bơm trong các phản ứng, làm cho sự thay đổi nhiệt độ là nhỏ. Bình chứa nước được trang bị nhiệt kế và máy khuấy cơ học.
Sự thay đổi năng lượng được đo thực tế ở thể tích và nhiệt độ không đổi, do đó không có công việc nào được thực hiện đối với các phản ứng xảy ra trong máy bơm.
ΔE = q
E là sự biến đổi của năng lượng bên trong trong phản ứng và q nhiệt lượng được tạo ra trong này.
Các loại nhiệt lượng kế
Nhiệt lượng kế chuẩn độ đẳng nhiệt (CTI)
Nhiệt lượng kế có hai ô: trong một mẫu được đặt và trong mẫu kia, mẫu tham chiếu, nước thường được đặt.
Sự chênh lệch nhiệt độ được tạo ra giữa các tế bào - do phản ứng xảy ra trong tế bào của mẫu - bị hủy bởi hệ thống phản hồi bơm nhiệt để cân bằng nhiệt độ của các tế bào.
Loại nhiệt lượng kế này cho phép theo dõi sự tương tác giữa các đại phân tử và phối tử của chúng.
Nhiệt lượng quét vi sai
Nhiệt lượng kế này có hai tế bào, giống như CTI, nhưng nó có một thiết bị cho phép xác định nhiệt độ và các dòng nhiệt liên quan đến sự thay đổi của vật liệu như là một hàm của thời gian.
Kỹ thuật này cung cấp thông tin về việc gấp các protein và axit nucleic, cũng như sự ổn định của chúng.
Ứng dụng
-Nhiệt lượng kế cho phép xác định sự trao đổi nhiệt xảy ra trong phản ứng hóa học, cho phép hiểu rõ hơn cơ chế của điều này.
-Bằng cách xác định nhiệt dung riêng của vật liệu, nhiệt lượng kế cung cấp dữ liệu giúp nhận dạng vật liệu.
-Do có sự cân xứng trực tiếp giữa sự thay đổi nhiệt của phản ứng và nồng độ của các chất phản ứng, cùng với thực tế là phép đo nhiệt lượng không cần mẫu rõ ràng, kỹ thuật này có thể được sử dụng để xác định nồng độ các chất có trong ma trận phức..
-Trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học, nhiệt lượng kế được sử dụng trong quy trình an toàn, cũng như trong các lĩnh vực khác nhau của quá trình tối ưu hóa, phản ứng hóa học và trong đơn vị vận hành.
Sử dụng nhiệt lượng chuẩn độ đẳng nhiệt
-Nó hợp tác trong việc thiết lập cơ chế hoạt động của enzyme, cũng như trong động học của nó. Kỹ thuật này có thể đo các phản ứng giữa các phân tử, xác định ái lực liên kết, cân bằng hóa học, entanpy và entropy trong dung dịch mà không cần đánh dấu.
-Đánh giá sự tương tác của các hạt nano với protein và, kết hợp với các phương pháp phân tích khác, là một công cụ quan trọng để ghi lại sự thay đổi về cấu tạo của protein.
-Nó có ứng dụng trong bảo tồn thực phẩm và cây trồng.
-Đối với việc bảo tồn thực phẩm, bạn có thể xác định sự hư hỏng và thời hạn sử dụng của nó (hoạt động vi sinh). Bạn có thể so sánh hiệu quả của các phương pháp bảo quản thực phẩm khác nhau và bạn có thể xác định liều tối ưu của chất bảo quản, cũng như sự xuống cấp trong kiểm soát bao bì.
-Đối với cây rau, bạn có thể nghiên cứu sự nảy mầm của hạt giống. Ở trong nước và trong sự hiện diện của oxy, chúng giải phóng nhiệt có thể đo được bằng nhiệt lượng kế đẳng nhiệt. Nó kiểm tra độ tuổi và lưu trữ không đầy đủ của hạt giống và nghiên cứu tốc độ tăng trưởng của chúng khi phải đối mặt với sự thay đổi về nhiệt độ, pH hoặc các hóa chất khác nhau..
-Cuối cùng, nó có thể đo hoạt động sinh học của đất. Ngoài ra, nó có thể phát hiện bệnh.
Sử dụng đo nhiệt lượng quét vi sai
-Cùng với nhiệt lượng đẳng nhiệt, nó đã cho phép nghiên cứu sự tương tác của protein với các phối tử của chúng, sự tương tác allosteric, sự gấp nếp của protein và cơ chế ổn định của chúng.
-Bạn có thể đo trực tiếp nhiệt lượng được giải phóng hoặc hấp thụ trong sự kiện liên kết phân tử.
-Phép đo nhiệt lượng quét vi sai là một công cụ nhiệt động lực để thiết lập trực tiếp sự hấp thụ năng lượng calo xảy ra trong một mẫu. Điều này cho phép chúng tôi phân tích các yếu tố can thiệp vào sự ổn định của phân tử protein.
-Ông cũng nghiên cứu nhiệt động lực học của quá trình gấp axit nucleic. Kỹ thuật này cho phép xác định tính ổn định oxy hóa của axit linoleic được phân lập và kết hợp với các lipit khác.
-Kỹ thuật này được áp dụng trong việc định lượng chất rắn nano dược phẩm và đặc tính nhiệt của chất vận chuyển lipid cấu trúc nano.
Tài liệu tham khảo
- Whites, K., Davis, R., Peck, M. và Stanley, G. Hóa học. (2008). Tái bản lần thứ 8 Học thuật báo thù.
- Rehak, N. N. và Young, D. S. (1978). Ứng dụng triển vọng của phép đo nhiệt lượng trong phòng thí nghiệm lâm sàng. Lâm sàng. Hóa học 24 (8): 1414-1419.
- Stossel, F. (1997). Các ứng dụng của nhiệt lượng phản ứng trong kỹ thuật hóa học. J. Nhiệt. Hậu môn 49 (3): 1677-1688.
- Weber, P. C. và Salemme, F. R. (2003). Các ứng dụng của phương pháp đo nhiệt lượng để khám phá thuốc và nghiên cứu về tương tác protein. Curr. Ý kiến Cấu trúc. Sinh học 13 (1): 115-121.
- Gill, P., Moghadem, T. và Ranjbar, B. (2010). Kỹ thuật đo nhiệt lượng quét vi sai: các ứng dụng trong Sinh học và khoa học nano. J. Biol. Tech.21 (4): 167-193.
- Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. và Wilkins, T. (2017). Các ứng dụng của phép đo nhiệt lượng chuẩn hóa đẳng nhiệt trong đánh giá các tương tác protein-hạt nano. J. Nhiệt. Hậu môn 127: 605-613.
- Hiệp hội Cao đẳng Cộng đồng về Thông tin Sinh học. (Ngày 7 tháng 7 năm 2014). Cốc cà phê nhiệt lượng kế. [Hình] Truy cập ngày 7 tháng 6 năm 2018, từ: commons.wikidia.org