Calorimetria quali studi e applicazioni

IL calorimetria È una tecnica che determina i cambiamenti nel contenuto calorico di un sistema associato a un processo chimico o fisico. Si basa sulla misurazione delle variazioni di temperatura quando un sistema assorbe o emette calore. Il calorimetro è l'attrezzatura utilizzata nelle reazioni in cui è coinvolto uno scambio termico.

Quello noto come "tazza di caffè" è la forma più semplice di questo tipo di dispositivo. Attraverso il suo utilizzo, viene misurata la quantità di calore coinvolto nelle reazioni fatte a pressione costante in una soluzione acquosa. Una tazza di caffè è costituita da un contenitore di polistirene, che è collocato in un becher.

L'acqua viene posizionata nel contenitore di polistirene, dotato di un coperchio dello stesso materiale che gli dà un certo grado di isolamento termico. Inoltre, il contenitore ha un termometro e un agitatore meccanico.

In questo calorimetro viene misurata la quantità di calore che viene assorbita o emette. Il sistema da studiare è costituito da reagenti e prodotti.

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Cosa studia calorimetria?

La calorimetria studia la relazione che ha l'energia termica associata a una reazione chimica e come viene utilizzata per determinare le variabili dello stesso. Le tue applicazioni nei campi di ricerca giustificano l'ambito di questi metodi.

Capacità calorica di un calorimetro

Questa capacità viene calcolata dividendo la quantità di calore che assorbe il calorimetro tra la variazione di temperatura. Questa variazione è il prodotto del calore che viene emesso in una reazione esotermica, che è uguale a:

Quantità di calore che assorbe il calorimetro + quantità di calore che assorbe la soluzione

La variazione può essere determinata aggiungendo una quantità di calore nota misurando la variazione di temperatura. Per questa determinazione della capacità calorica, viene generalmente utilizzato l'acido benzoico, poiché è noto il suo calore di combustione (3.227 kJ/mol).

La capacità calorica può anche essere determinata mediante dipendenza da calore mediante una corrente elettrica.

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Esempio dell'uso del calorimetro per calcolare il calore specifico

Una barra di 95 g di metallo viene riscaldata a 400 ° C, prendendo immediatamente un calorimetro con 500 g di acqua, inizialmente a 20 ºC. La temperatura finale del sistema è di 24 ºC. Calcola il calore specifico del metallo.

Δq = m x ce x Δt

In questa espressione:

Δq = variazione di carico.

M = Mass.

CE = calore specifico.

ΔT = variazione di temperatura.

Il calore guadagnato dall'acqua è uguale al calore staccato dalla barra di metallo.

Questo valore sembra quello che appare in un tavolo di calore specifico per l'argento (234 J/kg ºC).

Quindi, una delle applicazioni della calorimetria è la cooperazione per l'identificazione dei materiali.

Pompa calorimetrica

È costituito da un contenitore in acciaio, noto come pompa, resistente alle alte pressioni che possono avere origine durante le reazioni che si verificano in questo contenitore; Questo contenitore è collegato a un circuito di accensione per avviare le reazioni.

La pompa è immersa in un grande contenitore con acqua, la cui funzione è assorbire il calore generato nella pompa durante le reazioni, rendendo la variazione di temperatura. Il contenitore d'acqua è dotato di un termometro e un agitatore meccanico.

I cambiamenti di energia sono misurati a volume e temperatura costanti, quindi non viene eseguito alcun lavoro nelle reazioni che si verificano nella pompa.

ΔE = Q

ΔE è la variazione dell'energia interna nella reazione e che il calore generato in questo.

Tipi di calorimetro

Isotermic Title Corner (CTI)

Il calorimetro ha due celle: in una il campione è posizionato e nell'altro, il riferimento, l'acqua viene generalmente posizionata.

La differenza di temperatura che viene generata tra le cellule - a causa della reazione che si verifica nella cella del campione - è annullata da un sistema di feedback che inietta il calore per abbinare le temperature delle cellule.

Questo tipo di calorimetro consente di seguire l'interazione tra le macromolecole e i loro ligandi.

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Calorimetro di scansione differenziale

Questo calorimetro ha due celle, proprio come il CTI, ma ha un dispositivo che consente di determinare la temperatura e i flussi di calore associati alle variazioni di un materiale a seconda del tempo.

Questa tecnica fornisce informazioni sulla piegatura di proteine ​​e acidi nucleici, nonché la loro stabilizzazione.

Applicazioni

-La calorimetria consente di determinare lo scambio di calore che si verifica in una reazione chimica, consentendo così più chiaramente di comprendere il meccanismo di questo.

-Determinando il calore specifico di un materiale, la calorimetria fornisce dati che aiutano la sua identificazione.

-Poiché esiste una proporzionalità diretta tra il cambiamento di calore di una reazione e la concentrazione di reagenti, abbinata al fatto che la calorimetria non richiede campioni limitati, questa tecnica può essere utilizzata per determinare la concentrazione di sostanze presenti nelle matrici complesse.

-Nel campo dell'ingegneria chimica, la calorimetria viene utilizzata nel processo di sicurezza, nonché in diversi campi di ottimizzazione, reazione chimica e nell'unità operativa.

Usi della calorimetria di titolazione isotermica

-Collabora nello stabilire il meccanismo di azione enzimatica, nonché nella sua cinetica. Questa tecnica può misurare le reazioni tra molecole, determinando l'affinità di collegamento, stechiometria, entalpia e entropia in soluzione senza la necessità di marcatori.

-Valutare l'interazione delle nanoparticelle con le proteine ​​e, insieme ad altri metodi analitici, è uno strumento importante per registrare i cambiamenti conformazionali delle proteine.

-Ha applicazione nella conservazione degli alimenti e nelle colture.

-Per quanto riguarda la conservazione degli alimenti, può determinare il suo deterioramento e il tempo della vita sugli scaffali (attività microbiologica). Può confrontare l'efficienza di diversi metodi di conservazione degli alimenti ed è in grado di determinare la dose ottimale dei conservanti, nonché il degrado nel controllo dell'imballaggio.

-Per quanto riguarda le colture vegetali, puoi studiare la germinazione dei semi. Essere in acqua e in presenza di ossigeno, rilasciano calore che può essere misurato con un calorimetro isotermico. Esamina l'età e lo stoccaggio inappropriato dei semi e studia il loro tasso di crescita rispetto a variazioni di temperatura, pH o prodotti chimici diversi.

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-Infine, puoi misurare l'attività biologica dei suoli. Inoltre, è possibile rilevare le malattie.

Usi di calorimetria a scansione differenziale

-Insieme alla calorimetria isotermica, ha permesso di studiare l'interazione delle proteine ​​con i suoi ligandi, l'AL, il ripiegamento delle proteine ​​e il meccanismo della loro stabilizzazione.

-È possibile misurare direttamente il calore che viene rilasciato o assorbito durante un evento di collegamento molecolare.

-La calorimetria a scansione differenziale è uno strumento termodinamico per la creazione diretta della raccolta di energia calorica che si verifica in un campione. Ciò consente di analizzare i fattori coinvolti nella stabilità della molecola proteica.

-Studia anche la termodinamica della transizione di acidi nucleici pieghevoli. La tecnica consente la determinazione della stabilità ossidativa dell'acido linoleico isolato e accoppiato ad altri lipidi.

-La tecnica viene applicata nella quantificazione degli usi farmaceutici e nella caratterizzazione termica dei trasportatori lipidici nanostrutturati.

Riferimenti

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