Calorimétrie Quelles études et applications

Le calorimétrie c'est une technique qui détermine les changements du 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 impliquant un échange de chaleur.

Ce que l'on appelle une "tasse à café" est la forme la plus simple de ce type d'appareil. Par son utilisation, la quantité de chaleur impliquée dans les réactions effectuées à pression constante dans une solution aqueuse est mesurée. Un calorimètre de type tasse à café consiste en un récipient en polystyrène placé dans un bécher.

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

Dans ce calorimètre, la quantité de chaleur absorbée ou émise 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 des réactifs et des produits.

Index

• 1 Qu'est-ce que tu étudies?
• 2 Capacité calorique d'un calorimètre
  • 2.1 Exemple d'utilisation du calorimètre pour calculer la chaleur spécifique
• 3 pompe calorimétrique
• 4 types de calorimètre
  • 4.1 Calorimètre à titration isotherme (CTI)
  • 4.2 Calorimètre à balayage différentiel
• 5 applications
  • 5.1 Utilisations de la calorimétrie par titrage isotherme
  • 5.2 Utilisations de la calorimétrie à balayage différentiel
• 6 références

Qui étudie?

La calorimétrie étudie la relation qui a l'énergie calorifique associée à une réaction chimique et comment elle est utilisée pour en déterminer les variables. Leurs applications dans les domaines de la recherche justifient la portée de ces méthodes.

Capacité calorique d'un calorimètre

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

Quantité de chaleur absorbée par le calorimètre + quantité de chaleur absorbée par la solution

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

La capacité calorique peut également être déterminée par l'ajout de chaleur par un courant électrique.

Exemplede l'utilisation du calorimètre pour calculer la chaleur spécifique

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

Δq = m x ce x Δt

Dans cette expression:

Δq = variation de la charge.

m = masse.

ce = chaleur spécifique.

Δt = variation de température.

La chaleur dégagée par l'eau est égale à la chaleur dégagée par la barre métallique.

Cette valeur ressemble à celle d'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 conteneur en acier, appelé pompe, résistant aux pressions élevées pouvant survenir lors 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 contenant de l’eau, dont la fonction est d’absorber la chaleur produite dans la pompe pendant les réactions, ce qui réduit la variation de température. Le réservoir d'eau est équipé d'un thermomètre et d'un agitateur mécanique.

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

ΔE = q

ΔE est la variation de l'énergie interne dans la réaction et q la chaleur qui y est générée.

Types de calorimètre

Calorimètre à titration isotherme (CTI)

Le calorimètre a deux cellules: dans l'une, 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 égaliser les températures des cellules.

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

Calorimètre à balayage différentiel

Ce calorimètre a deux cellules, les mêmes que le CTI, mais il dispose d'un dispositif permettant de déterminer la température et les flux de chaleur associés aux changements d'un matériau en fonction du temps.

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

Applications

-La calorimétrie permet de déterminer l'échange thermique qui se produit dans une réaction chimique, permettant de mieux comprendre le mécanisme de celle-ci.

-Avec la détermination de la chaleur spécifique d'un matériau, la calorimétrie fournit des données qui facilitent 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 clairs, 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 du processus d'optimisation, de la réaction chimique et de l'unité d'exploitation.

Utilisations de la calorimétrie par titrage isotherme

-Collaborer à la mise en place du mécanisme d'action enzymatique, ainsi que de sa cinétique. Cette technique permet de mesurer les réactions entre les molécules, en déterminant l'affinité de liaison, la stoechiométrie, l'enthalpie et l'entropie en solution sans avoir recours à des marqueurs.

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

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

En ce qui concerne la conservation des aliments, vous pouvez déterminer leur détérioration et leur durée de vie sur les étagères (activité microbiologique). Vous pouvez comparer l'efficacité de différentes méthodes de conservation des aliments et déterminer la dose optimale d'agents de conservation, ainsi que la dégradation du contrôle de l'emballage.

-En ce qui concerne les cultures maraîchères, vous pouvez étudier la germination de la graine. Étant dans l'eau et en présence d'oxygène, ils libèrent de la chaleur qui peut être mesurée avec un calorimètre isotherme. Il examine l'âge et le stockage inadéquat des graines et étudie leur taux de croissance face aux variations de température, de pH ou de différents produits chimiques.

-Enfin, il peut mesurer l'activité biologique des sols. En outre, il peut détecter des maladies.

Utilisation de l'analyse calorimétrique différentielle

-En association avec la calorimétrie isotherme, il a permis d'étudier l'interaction des protéines avec leurs ligands, l'interaction allostérique, le repliement des protéines et le mécanisme de leur stabilisation.

-La chaleur libérée ou absorbée lors d'un événement de liaison moléculaire peut être directement mesurée.

-La calorimétrie différentielle à balayage est un outil thermodynamique permettant d'établir directement la capture d'énergie calorique dans un échantillon. Cela nous permet d'analyser les facteurs qui interviennent dans la stabilité de la molécule de protéine.

-Il étudie également la thermodynamique de la transition de repliement des acides nucléiques. La technique permet la détermination de la stabilité à l'oxydation de l'acide linoléique isolé et couplé à d'autres lipides.

-La technique est appliquée à la quantification des nano-solides pharmaceutiques et à la caractérisation thermique des transporteurs de lipides nanostructurés.

Références

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