KALORIMETRI: APA YANG DIPELAJARI DAN DITERAPKAN - KIMIA - 2025

The kalorimetri adalah teknik yang menentukan perubahan dari isi kalori dari sistem yang berhubungan dengan proses kimia atau fisik. Ini didasarkan pada pengukuran perubahan suhu ketika sistem menyerap atau memancarkan panas. Kalorimeter adalah peralatan yang digunakan dalam reaksi yang melibatkan pertukaran panas.

Apa yang dikenal sebagai "cangkir kopi" adalah bentuk alat yang paling sederhana. Dengan menggunakannya, jumlah panas yang terlibat dalam reaksi yang dilakukan pada tekanan konstan dalam larutan air diukur. Kalorimeter cangkir kopi terdiri dari wadah polistiren, yang ditempatkan dalam gelas kimia.

Air ditempatkan dalam wadah polistiren, dilengkapi dengan penutup yang terbuat dari bahan yang sama yang memberikan tingkat isolasi termal tertentu. Selain itu, wadah tersebut memiliki termometer dan pengaduk mekanis.

Kalorimeter ini mengukur jumlah panas yang diserap atau dipancarkan, tergantung pada apakah reaksinya endotermik atau eksotermik, saat reaksi berlangsung dalam larutan air. Sistem yang akan dipelajari terdiri dari reaktan dan produk.

Apa yang dipelajari kalorimetri?

Kalorimetri mempelajari hubungan antara energi panas yang terkait dengan reaksi kimia, dan bagaimana ia digunakan untuk menentukan variabelnya. Penerapannya dalam bidang penelitian membenarkan ruang lingkup metode ini.

Kapasitas kalor dari sebuah kalorimeter

Kapasitas ini dihitung dengan membagi jumlah panas yang diserap kalorimeter dengan perubahan suhu. Variasi ini merupakan hasil kali panas yang dipancarkan dalam reaksi eksotermik, yaitu:

Jumlah kalor yang diserap kalorimeter + kalor yang diserap oleh larutan

Variasi tersebut dapat ditentukan dengan menambahkan sejumlah panas yang diketahui dengan mengukur perubahan suhu. Untuk penentuan kapasitas kalori ini, asam benzoat biasanya digunakan, karena panas pembakarannya (3.227 kJ / mol) diketahui.

Kapasitas kalori juga dapat ditentukan dengan menambahkan panas menggunakan arus listrik.

Contoh

Sebatang logam seberat 95 g dipanaskan hingga 400ºC, segera dibawa ke kalorimeter dengan 500 g air, awalnya pada suhu 20ºC. Suhu akhir sistem adalah 24 ºC. Hitung kalor jenis logam.

Δq = mx ce x Δt

Dalam ungkapan ini:

Δq = variasi beban.

m = massa.

ce = panas jenis.

Δt = variasi suhu.

Panas yang diperoleh air sama dengan panas yang dilepaskan dari batang logam.

Nilai ini mirip dengan nilai yang muncul di tabel kalor jenis perak (234 J / kg ºC).

Sehingga salah satu penerapan kalorimetri adalah kerjasama untuk identifikasi bahan.

Pompa kalorimetrik

Ini terdiri dari wadah baja, yang dikenal sebagai pompa, tahan terhadap tekanan tinggi yang dapat timbul selama reaksi yang terjadi dalam wadah ini; Wadah ini dihubungkan ke sirkuit pengapian untuk memulai reaksi.

Pompa direndam dalam wadah besar berisi air yang fungsinya untuk menyerap panas yang dihasilkan pompa selama reaksi, sehingga variasi suhu menjadi kecil. Wadah air dilengkapi dengan termometer dan pengaduk mekanis.

Perubahan energi diukur pada volume dan suhu yang hampir konstan, jadi tidak ada pekerjaan yang dilakukan pada reaksi yang terjadi di pompa.

ΔE = q

ΔE adalah variasi energi internal dalam reaksi dan q panas yang dihasilkan di dalamnya.

Jenis kalorimeter

Kalorimeter Titrasi Isotermal (CTI)

Kalorimeter memiliki dua sel: di satu sampel ditempatkan dan di yang lain, referensi, air biasanya ditempatkan.

Perbedaan suhu yang dihasilkan antara sel - karena reaksi yang terjadi di sel sampel - dibatalkan oleh sistem umpan balik yang menyuntikkan panas untuk menyamakan suhu sel.

Jenis kalorimeter ini memungkinkan untuk mengikuti interaksi antara makromolekul dan ligannya.

Kalorimeter Pemindaian Diferensial

Kalorimeter ini memiliki dua sel, seperti CTI, tetapi memiliki perangkat yang memungkinkan fluks suhu dan panas yang terkait dengan perubahan bahan ditentukan sebagai fungsi waktu.

Teknik ini memberikan informasi tentang pelipatan protein dan asam nukleat, serta stabilisasinya.

Aplikasi

-Kalorimetri memungkinkan untuk menentukan pertukaran panas yang terjadi dalam reaksi kimia, sehingga memungkinkan pemahaman yang lebih jelas tentang mekanismenya.

-Dengan menentukan kalor jenis suatu material, kalorimetri memberikan data yang membantu mengidentifikasinya.

-Karena ada proporsionalitas langsung antara perubahan panas suatu reaksi dan konsentrasi reaktan, ditambah dengan fakta bahwa kalorimetri tidak memerlukan sampel yang jelas, teknik ini dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi zat yang ada dalam matriks kompleks.

-Di bidang teknik kimia, kalorimetri digunakan dalam proses keselamatan, serta dalam berbagai bidang proses optimasi, reaksi kimia, dan unit operasi.

Penggunaan kalorimetri titrasi isotermal

-Kolaborasi dalam pembentukan mekanisme aksi enzim, serta kinetiknya. Teknik ini dapat mengukur reaksi antar molekul, menentukan afinitas pengikatan, stoikiometri, entalpi, dan entropi dalam larutan tanpa memerlukan penanda.

-Menilai interaksi nanopartikel dengan protein dan, dalam hubungannya dengan metode analitik lainnya, merupakan alat penting untuk mencatat perubahan konformasi protein.

-Itu memiliki aplikasi dalam pengawetan pangan dan tanaman.

-Sedangkan untuk pengawetan makanan, Anda dapat menentukan kerusakan dan umur simpannya (aktivitas mikrobiologis). Anda dapat membandingkan efisiensi berbagai metode pengawetan makanan, dan Anda dapat menentukan dosis pengawet yang optimal, serta degradasi dalam kontrol pengemasan.

-Sedangkan untuk tanaman sayuran, Anda dapat mempelajari perkecambahan bijinya. Berada di air dan di hadapan oksigen, mereka melepaskan panas yang dapat diukur dengan kalorimeter isotermal. Periksa usia dan penyimpanan benih yang tidak tepat dan pelajari laju pertumbuhannya di bawah variasi suhu, pH atau bahan kimia yang berbeda.

-Akhirnya, dapat mengukur aktivitas biologis tanah. Selain itu, dapat mendeteksi penyakit.

Penggunaan Kalorimetri Pemindaian Diferensial

-Bersama dengan kalorimetri isotermal, ia memungkinkan untuk mempelajari interaksi protein dengan ligannya, interaksi alosterik, pelipatan protein dan mekanisme stabilisasinya.

-Anda dapat langsung mengukur panas yang dilepaskan atau diserap selama acara ikatan molekul.

Kalorimetri pemindaian Diferensial adalah alat termodinamika untuk pembentukan langsung penyerapan energi panas yang terjadi dalam sampel. Ini memungkinkan untuk menganalisis faktor-faktor yang terlibat dalam stabilitas molekul protein.

-Ini juga mempelajari termodinamika transisi pelipatan asam nukleat. Teknik ini memungkinkan penentuan stabilitas oksidatif dari asam linoleat yang diisolasi dan digabungkan dengan lipid lain.

-Teknik ini diterapkan dalam penghitungan nanosolids untuk penggunaan farmasi dan dalam karakterisasi termal dari pengangkut lipid berstruktur nano.

Referensi

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. dan Stanley, G. Kimia. (2008). Edisi ke-8. Sunting Pembelajaran Cengage.
2. Rehak, NN dan Young, DS (1978). Aplikasi kalorimetri prospektif di laboratorium klinis. Clin. Chem.24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Aplikasi kalorimetri reaksi dalam teknik kimia. J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, PC dan Salemme, FR (2003). Penerapan metode kalorimetri untuk penemuan obat dan studi tentang interaksi protein. Curr. Opin. Struct. Berbagai 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. dan Ranjbar, B. (2010). Teknik kalorimetri pemindaian diferensial: aplikasi dalam Biologi dan nanosains. J. Biol.Tek 21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. dan Wilkins, T. (2017). Aplikasi kalorimetri titrasi isotermal dalam evaluasi interaksi protein-nanopartikel. J. Therm. Anal. 127: 605-613.
7. Konsorsium Perguruan Tinggi Komunitas untuk Kredensial Biosains. (7 Juli 2014). Kalorimeter cangkir kopi. . Diperoleh pada 7 Juni 2018, dari: commons.wikimedia.org