ĐO NHIỆT LƯỢNG: NHỮNG GÌ NÓ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các nhiệt lượng là một kỹ thuật để xác định sự thay đổi của hàm lượng calo của một hệ thống liên kết với một quá trình hóa học hay vật lý. Nó dựa trên phép đo 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 trong đó có sự trao đổi nhiệt.

Cái được gọi là "tách cà phê" là dạng đơn giản nhất của loại thiết bị này. Bằng cách sử dụng nó, nhiệt lượng tham gia vào các phản ứng thực hiện ở áp suất không đổi trong dung dịch nước được đo. Nhiệt lượng kế tách cà phê bao gồm một bình chứa polystyrene, được đặt trong một cốc.

Nước được đặt trong thùng polystyrene, có nắp đậy bằng vật liệu tương tự giúp cách nhiệt nhất định. Ngoài ra, bình chứa có nhiệt kế và máy khuấy cơ học.

Nhiệt lượng kế này đo lượng nhiệt được hấp thụ hoặc tỏa ra, tùy thuộc vào phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt, khi phản ứng xảy ra trong dung dịch nước. Hệ thống được nghiên cứu bao gồm các chất phản ứng và các sản phẩm.

Nhiệt lượng học nghiên cứu những gì?

Phép đo nhiệt lượng nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt năng liên quan đến phản ứng hóa học và cách nó được sử dụng để xác định các biến của nó. Ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực nghiên cứu chứng minh cho phạm vi của các phương pháp này.

Công suất nhiệt lượng của nhiệt lượng kế

Công suất này được tính bằng cách chia lượng nhiệt mà nhiệt lượng kế hấp thụ cho sự thay đổi của nhiệt độ. Sự biến đổi này là sản phẩm của nhiệt tỏa ra trong một phản ứng tỏa nhiệt, bằng:

Nhiệt lượng bị nhiệt lượng kế hấp thụ + nhiệt lượng bị dung dịch hấp thụ

Sự thay đổi có thể được xác định bằng cách thêm một lượng nhiệt đã biết bằng cách đo sự thay đổi của nhiệt độ. Để xác định nhiệt lượng này, axit benzoic thường được sử dụng, vì đã biết nhiệt đốt của nó (3,227 kJ / mol).

Công suất nhiệt lượng cũng có thể được xác định bằng cách thêm nhiệt bằng dòng điện.

Thí dụ

Một thanh kim loại có khối lượng 95 g được nung nóng đến 400ºC, đưa ngay vào nhiệt lượng kế có 500 g nước, lúc đầu ở 20ºC. Nhiệt độ cuối cùng của hệ thống là 24 ºC. Tính nhiệt dung riêng của kim loại.

Δq = mx ce x Δt

Trong biểu thức này:

Δq = tải trọng biến thiên.

m = khối lượng.

ce = nhiệt dung riêng.

Δt = độ biến thiên nhiệt độ.

Nhiệt lượng mà nước thu được bằng nhiệt lượng toả ra từ thanh kim loại.

Giá trị này tương tự như giá trị xuất hiện trong bảng nhiệt dung riêng của bạc (234 J / kg ºC).

Vì vậy, một trong những ứng dụng của phép đo nhiệt lượng 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 suất cao có thể phát sinh trong các phản ứng xảy ra trong thùng chứa này; Bình chứa này được nối với mạch đánh lửa để bắt đầu các phản ứng.

Máy bơm được ngâm trong một thùng chứa lớn có nước, có chức năng là hấp thụ nhiệt sinh ra trong máy bơm trong các phản ứng, làm cho nhiệt độ biến thiên nhỏ. Thùng chứa nước được trang bị nhiệt kế và máy khuấy cơ học.

Sự thay đổi năng lượng được đo ở thể tích và nhiệt độ hầu như không đổi, vì vậy không có công việc nào được thực hiện đối với các phản ứng xảy ra trong máy bơm.

ΔE = q

ΔE là độ biến thiên của nội năng trong phản ứng và q nhiệt lượng tỏa ra trong phản ứng.

Các loại nhiệt lượng kế

Nhiệt lượng kế chuẩn độ đẳng nhiệt (CTI)

Nhiệt lượng kế có hai ô: trong một ô được đặt mẫu và ô còn lại, đối chứng, thường được đặt nước.

Sự chênh lệch nhiệt độ được tạo ra giữa các tế bào - do phản ứng xảy ra trong tế bào mẫu - được loại bỏ bởi một 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 các phối tử của chúng.

Nhiệt lượng kế quét vi sai

Nhiệt lượng kế này có hai ô, giống như CTI, nhưng nó có một thiết bị cho phép xác định nhiệt độ và thông lượng nhiệt liên quan đến những thay đổi trong vật liệu như một hàm của thời gian.

Kỹ thuật này cung cấp thông tin về sự gấp khúc của protein và axit nucleic, cũng như sự ổn định của chúng.

Các ứng dụng

-Đo nhiệt lượng cho phép xác định sự trao đổi nhiệt xảy ra trong một phản ứng hóa học, do đó cho phép hiểu rõ hơn về cơ chế của nó.

-Bằng cách xác định nhiệt lượng riêng của vật liệu, phép đo nhiệt lượng cung cấp dữ liệu giúp xác định nó.

-Nếu có sự tỷ lệ thuận giữa sự thay đổi nhiệt của phản ứng và nồng độ của chất phản ứng, cùng với thực tế là phép đo nhiệt lượng không yêu cầu mẫu rõ ràng, kỹ thuật này có thể được sử dụng để xác định nồng độ của các chất có trong ma trận phức tạp.

-Trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học, phép đo nhiệt lượng được sử dụng trong quá 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.

Công dụng của nhiệt lượng chuẩn độ đẳng nhiệt

- 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 phản ứng giữa các phân tử, xác định ái lực liên kết, đo phân vị, entanpi và entropi trong dung dịch mà không cần đến chất 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 những thay đổi cấu trúc của protein.

-Nó có ứng dụng trong việc bảo quản lương thực và cây trồng.

- Đối với việc bảo quản thực phẩm, bạn có thể xác định độ 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 lượng tối ưu của chất bảo quản, cũng như sự suy giảm chất lượng trong quá trình kiểm soát đóng gói.

-Đối với cây rau, bạn có thể nghiên cứu sự nảy mầm của hạt. Ở trong nước và có oxy, chúng tỏa ra nhiệt lượng có thể đo được bằng nhiệt lượng kế đẳng nhiệt. Kiểm tra độ tuổi và cách bảo quản hạt không đúng cách và nghiên cứu tốc độ phát triển của chúng dưới sự thay đổi của nhiệt độ, độ pH hoặc các hóa chất khác nhau.

-Cuối cùng, nó có thể đo hoạt tính sinh học của đất. Ngoài ra, nó có thể phát hiện các bệnh.

Công dụng của nhiệt lượng quét vi sai

- Cùng với phép đo nhiệt lượng đẳng nhiệt, người ta có thể nghiên cứu sự tương tác của protein với các phối tử của chúng, tương tác allosteric, sự gấp khúc của protein và cơ chế ổn định của chúng.

-Bạn có thể đo trực tiếp nhiệt được giải phóng hoặc hấp thụ trong một sự kiện liên kết phân tử.

- Nhiệt lượng quét vi sai là một công cụ nhiệt động lực học để thiết lập trực tiếp sự hấp thụ nhiệt năng xảy ra trong một mẫu. Điều này làm cho nó có thể phân tích các yếu tố liên quan đến sự ổn định của phân tử protein.

-Nó cũng nghiên cứu nhiệt động học của quá trình chuyển gấp khúc axit nucleic. Kỹ thuật này cho phép xác định độ bền oxy hóa của axit linoleic được phân lập và kết hợp với các chất béo khác.

- Kỹ thuật này được áp dụng trong định lượng nano nano dùng trong dược phẩm và trong xác định đặc tính nhiệt của chất vận chuyển lipid có cấu trúc nano.

Người giới thiệu

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. và Stanley, G. Hóa học. (2008). Xuất bản lần thứ 8. Cengage Learning Chỉnh sửa.
2. Rehak, NN và Young, DS (1978). Các ứng dụng có triển vọng của phép đo nhiệt lượng trong phòng thí nghiệm lâm sàng. Clin. Chem.24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Các ứng dụng của phản ứng nhiệt lượng trong kỹ thuật hóa học. J. Therm. Hậu môn. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, PC và Salemme, FR (2003). Các ứng dụng của phương pháp đo nhiệt lượng để khám phá thuốc và nghiên cứu các tương tác của protein. Curr. Opin. Kết cấu. Biol.13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. và Ranjbar, B. (2010). Kỹ thuật đo nhiệt lượng quét vi sai: ứng dụng trong Sinh học và khoa học nano. J. Biol. Tech. 21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. và Wilkins, T. (2017). Các ứng dụng của phép đo nhiệt lượng chuẩn độ đẳng nhiệt trong đánh giá tương tác giữa các hạt nano protein. J. Therm. Hậu môn. 127: 605-613.
7. Hiệp hội Cao đẳng Cộng đồng về Chứng chỉ Khoa học Sinh học. (Ngày 7 tháng 7 năm 2014). Máy đo nhiệt lượng cốc cà phê. . Truy cập ngày 7 tháng 6 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org