열량은 화학적 또는 물리적 처리와 관련된 시스템의 칼로리 함량의 변화를 결정하는 기술이다. 시스템이 열을 흡수하거나 방출 할 때 온도 변화 측정을 기반으로합니다. 열량계는 열교환이 포함 된 반응에 사용되는 장비입니다.
"커피 컵"으로 알려진 것은 이러한 유형의 기기 중 가장 간단한 형태입니다. 이를 사용하여 수용액에서 일정한 압력으로 수행되는 반응에 수반되는 열량을 측정합니다. 커피 컵 열량계는 비커에 놓인 폴리스티렌 용기로 구성됩니다.
물은 일정 수준의 단열을 제공하는 동일한 재료로 만들어진 뚜껑이 장착 된 폴리스티렌 용기에 담습니다. 또한 용기에는 온도계와 기계식 교반기가 있습니다.
이 열량계는 반응이 수용액에서 발생할 때 흡열인지 발열인지에 따라 흡수되거나 방출되는 열의 양을 측정합니다. 연구 할 시스템은 반응물과 생성물로 구성됩니다.
열량계는 무엇을 연구합니까?
열량계는 화학 반응과 관련된 열 에너지 간의 관계와 변수를 결정하는 데 사용되는 방법을 연구합니다. 연구 분야에서의 응용 프로그램은 이러한 방법의 범위를 정당화합니다.
열량계의 열량
이 용량은 열량계가 흡수 한 열량을 온도 변화로 나누어 계산합니다. 이 변화는 발열 반응에서 방출되는 열의 산물이며 다음과 같습니다.
열량계가 흡수 한 열량 + 용액이 흡수 한 열량
온도 변화를 측정하여 알려진 양의 열을 추가하여 편차를 결정할 수 있습니다. 이러한 열량 측정을 위해 연소열 (3,227 kJ / mol)이 알려져 있기 때문에 벤조산이 일반적으로 사용됩니다.
열량은 전류를 사용하여 열을 추가하여 결정할 수도 있습니다.
예
금속 막대 95g을 400ºC로 가열 한 후 즉시 물 500g이 담긴 열량계로 가져갑니다. 처음에는 20ºC입니다. 시스템의 최종 온도는 24ºC입니다. 금속의 비열을 계산하십시오.
Δq = mx ce x Δt
이 표현에서 :
Δq = 부하 변동.
m = 질량.
ce = 비열.
Δt = 온도 변화.
물이 얻는 열은 금속 막대에서 나오는 열과 같습니다.
이 값은 은의 비열 (234 J / kg ºC) 표에 나타나는 값과 유사합니다.
따라서 열량 측정의 응용 중 하나는 재료 식별을위한 협력입니다.
열량 측정 펌프
이 용기는이 용기에서 발생하는 반응 중에 발생할 수있는 고압에 저항하는 펌프로 알려진 강철 용기로 구성됩니다. 이 용기는 점화 회로에 연결되어 반응을 시작합니다.
펌프는 물이 담긴 큰 용기에 담겨 반응 중에 펌프에서 발생하는 열을 흡수하여 온도 변화를 작게 만드는 기능을합니다. 물통에는 온도계와 기계식 교반기가 장착되어 있습니다.
에너지 변화는 사실상 일정한 부피와 온도에서 측정되므로 펌프에서 발생하는 반응에 대한 작업이 수행되지 않습니다.
ΔE = q
ΔE는 반응에서 내부 에너지의 변화이고 q는 반응에서 생성 된 열입니다.
열량계의 종류
등온 적정 열량계 (CTI)
열량계에는 두 개의 셀이 있습니다. 하나에는 샘플이 배치되고 다른 하나에는 기준에 물이 배치됩니다.
샘플 셀에서 발생하는 반응으로 인해 셀간에 발생하는 온도 차이는 열을 주입하여 셀의 온도를 균일화하는 피드백 시스템에 의해 상쇄됩니다.
이 유형의 열량계는 거대 분자와 리간드 간의 상호 작용을 추적 할 수 있습니다.
시차 주사 열량계
이 열량계에는 CTI와 같은 두 개의 셀이 있지만 재료의 변화와 관련된 온도 및 열 유속을 시간 함수로 결정할 수있는 장치가 있습니다.
이 기술은 단백질과 핵산의 접힘 및 안정화에 대한 정보를 제공합니다.
응용
-열량계는 화학 반응에서 발생하는 열 교환을 측정하여 그 메커니즘을보다 명확하게 이해할 수 있도록합니다.
-재료의 비열을 측정하여 열량계는이를 식별하는 데 도움이되는 데이터를 제공합니다.
-반응의 열 변화와 반응물의 농도 사이에 정비례가 있고, 열량계는 명확한 샘플이 필요하지 않다는 사실과 함께이 기술을 사용하여 복잡한 매트릭스에 존재하는 물질의 농도를 결정할 수 있습니다.
-화학 공학 분야에서 열량 측정은 안전 공정뿐만 아니라 최적화 공정, 화학 반응 및 작동 장치의 다양한 분야에서 사용됩니다.
등온 적정 열량계의 사용
-효소 작용 메커니즘의 확립과 동역학에 협력합니다. 이 기술은 마커 없이도 분자 간의 반응을 측정하고, 결합 친화도, 화학 양론, 엔탈피 및 엔트로피를 용액에서 측정 할 수 있습니다.
-나노 입자와 단백질의 상호 작용을 평가하고 다른 분석 방법과 함께 단백질의 구조적 변화를 기록하는 중요한 도구입니다.
-식량 및 작물 보존에 적용됩니다.
-식품의 보존은 식품의 열화 및 유통 기한 (미생물 활성)을 결정할 수 있습니다. 다양한 식품 보존 방법의 효율성을 비교할 수 있으며 최적의 방부제 용량과 포장 관리의 분해를 결정할 수 있습니다.
-야채 작물은 종자의 발아를 연구 할 수 있습니다. 물속에 산소가있을 때 등온 열량계로 측정 할 수있는 열을 방출합니다. 씨앗의 나이와 부적절한 저장을 조사하고 온도, pH 또는 다른 화학 물질의 변화 하에서 성장 속도를 연구하십시오.
-마지막으로 토양의 생물학적 활성을 측정 할 수 있습니다. 또한 질병을 감지 할 수 있습니다.
시차 주사 열량계의 사용
-등온 열량 측정과 함께 단백질과 리간드의 상호 작용, 알로 스테 릭 상호 작용, 단백질의 접힘 및 안정화 메커니즘을 연구 할 수 있습니다.
-분자 결합시 방출되거나 흡수되는 열을 직접 측정 할 수 있습니다.
-시차 주사 열량계는 샘플에서 발생하는 열 에너지의 흡수를 직접 설정하기위한 열역학적 도구입니다. 이를 통해 단백질 분자의 안정성과 관련된 요인을 분석 할 수 있습니다.
-또한 핵산 접힘 전이의 열역학을 연구합니다. 이 기술은 분리되고 다른 지질과 결합 된 리놀레산의 산화 안정성을 결정할 수있게합니다.
-이 기술은 제약 용 나노 고체의 정량화 및 나노 구조 지질 수송 체의 열 특성화에 적용됩니다.
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