Calorimétrie quelles études et applications

La calorimétrie C'est une technique qui détermine les changements dans le contenu calorique d'un système associé à un processus chimique ou physique. Il est basé sur la mesure des changements de température lorsqu'un système absorbe ou émet de la chaleur. Le calorimètre est l'équipement utilisé dans les réactions dans lesquelles un échange thermique est impliqué.

Celui connu sous le nom de "tasse de café" est la forme la plus simple de ce type d'appareil. Grâce à son utilisation, la quantité de chaleur impliquée dans les réactions faites à une pression constante dans une solution aqueuse est mesurée. Une tasse de café de type se compose d'un récipient en polystyrène, qui est placé dans un bécher.

L'eau est placée dans le récipient en polystyrène, équipée d'un couvercle du même matériau qui lui donne un certain degré d'isolation thermique. De plus, le conteneur a un thermomètre et un agitateur mécanique.

Dans ce calorimètre, la quantité de chaleur absorbée ou qui émet est mesurée, selon que la réaction est endothermique ou exothermique, lorsqu'une réaction a lieu dans une solution aqueuse. Le système à étudier est constitué par des réactifs et des produits.

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Ce qui étudie la calorimétrie?

La calorimétrie étudie la relation de l'énergie thermique associée à une réaction chimique, et comment elle est utilisée pour déterminer les variables de la même. Vos applications dans les domaines de recherche justifient la portée de ces méthodes.

Capacité calorique d'un calorimètre

Cette capacité est calculée en divisant la quantité de chaleur qui absorbe le calorimètre entre la variation de la température. Cette variation est le produit de la chaleur émise dans une réaction exothermique, qui est égale à:

Quantité de chaleur qui absorbe le calorimètre + la quantité de chaleur qui absorbe la solution

La variation peut être déterminée en ajoutant une quantité connue de chaleur en mesurant le changement de température. Pour cette détermination de la capacité calorique, l'acide benzoïque est généralement utilisé, car sa chaleur de combustion est connue (3 227 kJ / mol).

La capacité calorique peut également être déterminée par la dépendance thermique au moyen d'un courant électrique.

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Exemple de l'utilisation du calorimètre pour calculer la chaleur spécifique

Une barre de 95 g d'un métal est chauffée à 400 ° C, prenant immédiatement un calorimètre avec 500 g d'eau, initialement à 20 ºC. La température finale du système est de 24 ºC. Calculez la chaleur spécifique du métal.

Δq = m x ce x Δt

Dans cette expression:

Δq = variation de charge.

m = masse.

CE = chaleur spécifique.

Δt = variation de température.

La chaleur gagnée par l'eau est égale à la chaleur détachée de la barre métallique.

Cette valeur ressemble à celle qui apparaît dans une table de chaleur spécifique pour l'argent (234 J / kg ºC).

Ainsi, l'une des applications de la calorimétrie est la coopération pour l'identification des matériaux.

Pompe calorimétrique

Il se compose d'un récipient en acier, connu sous le nom de pompe, résistant aux pressions élevées qui peuvent provenir des réactions qui se produisent dans ce conteneur; Ce conteneur est connecté à un circuit d'allumage pour démarrer les réactions.

La pompe est immergée dans un grand récipient avec de l'eau, dont la fonction consiste à absorber la chaleur générée dans la pompe pendant les réactions, ce qui fait la variation de la température. Le récipient à eau est équipé d'un thermomètre et d'un agitateur mécanique.

Les changements d'énergie sont mesurés à un volume et à une température constants, donc aucun travail n'est effectué dans les réactions qui se produisent dans la pompe.

Δe = q

ΔE est la variation de l'énergie interne dans la réaction et que la chaleur générée dans ce.

Types de calorimètre

Coin de titre isotermique (CTI)

Le calorimètre a deux cellules: dans l'un l'échantillon est placé et dans l'autre, la référence, l'eau est généralement placée.

La différence de température générée entre les cellules - en raison de la réaction qui se produit dans la cellule de l'échantillon - est annulée par un système de rétroaction qui injecte de la chaleur pour correspondre aux températures des cellules.

Ce type de calorimètre permet de suivre l'interaction entre les macromolécules et leurs ligands.

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Calorimètre à balayage différentiel

Ce calorimètre a deux cellules, tout comme le CTI, mais il a un dispositif qui permet de déterminer la température et les flux de chaleur associés à des changements dans un matériau en fonction du temps.

Cette technique donne des informations sur le repliement des protéines et des acides nucléiques, ainsi que de leur stabilisation.

Applications

-La calorimétrie permet de déterminer l'échange de chaleur qui se produit dans une réaction chimique, permettant ainsi plus clairement à comprendre le mécanisme de cela.

-En déterminant la chaleur spécifique d'un matériau, la calorimétrie fournit des données qui aident son identification.

-Comme il existe une proportionnalité directe entre le changement de chaleur d'une réaction et la concentration des réactifs, associée au fait que la calorimétrie ne nécessite pas d'échantillons limités, cette technique peut être utilisée pour déterminer la concentration de substances présentes dans des matrices complexes.

-Dans le domaine du génie chimique, la calorimétrie est utilisée dans le processus de sécurité, ainsi que dans différents domaines de l'optimisation, de la réaction chimique et de l'unité de fonctionnement.

Utilisations de la calorimétrie de titration isotherme

-Collabore à l'établissement du mécanisme de l'action enzymatique, ainsi qu'à sa cinétique. Cette technique peut mesurer les réactions entre les molécules, déterminant l'affinité du lien, de la stoechiométrie, de l'enthalpie et de l'entropie en solution sans avoir besoin de marqueurs.

-Évaluer l'interaction des nanoparticules avec les protéines et, avec d'autres méthodes analytiques, est un outil important pour enregistrer les changements conformationnels des protéines.

-Il a une application dans la conservation des aliments et les cultures.

-En ce qui concerne la conservation des aliments, il peut déterminer sa détérioration et son temps de vie sur les étagères (activité microbiologique). Il peut comparer l'efficacité des différentes méthodes de conservation des aliments et est en mesure de déterminer la dose optimale des conservateurs, ainsi que la dégradation du contrôle des emballages.

-Quant aux cultures de légumes, vous pouvez étudier la germination des graines. Étant dans l'eau et en présence d'oxygène, ils libèrent une chaleur qui peut être mesurée avec un calorimètre isotherme. Examinez l'âge et le stockage inapproprié des graines et étudiez leur taux de croissance contre les variations de température, le pH ou les différents produits chimiques.

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-Enfin, vous pouvez mesurer l'activité biologique des sols. De plus, vous pouvez détecter les maladies.

Utilisations de calorimétrie de scan différentiel

-Avec la calorimétrie isotherme, il a permis d'étudier l'interaction des protéines avec ses ligands, l'Al, le repliement des protéines et le mécanisme de leur stabilisation.

-Vous pouvez mesurer directement la chaleur libérée ou absorbée lors d'un événement de liaison moléculaire.

-La calorimétrie différentielle à balayage est un outil thermodynamique pour l'établissement direct d'une collection d'énergie calorique qui se produit dans un échantillon. Cela permet d'analyser les facteurs impliqués dans la stabilité de la molécule protéique.

-Étudie également la thermodynamique de la transition des acides nucléiques pliants. La technique permet de déterminer la stabilité oxydative de l'acide linoléique isolé et couplé à d'autres lipides.

-La technique est appliquée dans la quantification des utilisations pharmaceutiques et dans la caractérisation thermique des transporteurs lipidiques nanostructurés.

Les références

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