कैलोरीमेट्री: यह क्या अध्ययन और अनुप्रयोग - रसायन विज्ञान - 2025

उष्मामिति एक तकनीक है जो किसी रासायनिक या शारीरिक प्रक्रिया के साथ जुड़े एक प्रणाली के थर्मल सामग्री के परिवर्तन निर्धारित करता है। यह तापमान परिवर्तनों के मापन पर आधारित होता है जब एक प्रणाली गर्मी को अवशोषित या उत्सर्जित करती है। कैलोरीमीटर प्रतिक्रिया में प्रयुक्त उपकरण है जिसमें एक हीट एक्सचेंज शामिल होता है।

"कॉफी कप" के रूप में जाना जाता है, इस प्रकार के उपकरण का सबसे सरल रूप है। इसका उपयोग करके, जलीय घोल में निरंतर दबाव पर किए गए प्रतिक्रियाओं में शामिल गर्मी की मात्रा को मापा जाता है। एक कॉफी कप कैलोरीमीटर में एक पॉलीस्टायर्न कंटेनर होता है, जिसे बीकर में रखा जाता है।

पानी को पॉलीस्टाइन कंटेनर में रखा जाता है, उसी सामग्री से बने ढक्कन से सुसज्जित होता है जो इसे एक निश्चित डिग्री का थर्मल इन्सुलेशन देता है। इसके अलावा, कंटेनर में एक थर्मामीटर और एक मैकेनिकल स्टिरर है।

यह कैलोरीमीटर गर्मी की मात्रा को मापता है जिसे अवशोषित या उत्सर्जित किया जाता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि क्या प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक या एक्ज़ोथिर्मिक है, जब एक जलीय घोल में प्रतिक्रिया होती है। अध्ययन की जाने वाली प्रणाली अभिकारकों और उत्पादों से बनी है।

कैलोरीमेट्री क्या अध्ययन करती है?

कैलोरीमेट्री एक रासायनिक प्रतिक्रिया से जुड़ी ऊष्मा ऊर्जा के बीच संबंध का अध्ययन करती है, और इसका उपयोग इसके चर को निर्धारित करने के लिए कैसे किया जाता है। अनुसंधान के क्षेत्र में उनके आवेदन इन तरीकों के दायरे को सही ठहराते हैं।

एक कैलोरीमीटर की कैलोरी क्षमता

इस क्षमता की गणना तापमान में परिवर्तन द्वारा कैलोरीमीटर द्वारा अवशोषित गर्मी की मात्रा को विभाजित करके की जाती है। यह भिन्नता उस ऊष्मा का उत्पाद है जो एक एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया में उत्सर्जित होती है, जो निम्न के बराबर है:

कैलोरी द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा + घोल द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा

तापमान में परिवर्तन को मापकर गर्मी की ज्ञात मात्रा को जोड़कर भिन्नता निर्धारित की जा सकती है। कैलोरी क्षमता के इस निर्धारण के लिए, आमतौर पर बेंजोइक एसिड का उपयोग किया जाता है, क्योंकि इसकी दहन की गर्मी (3,227 kJ / mol) ज्ञात है।

एक विद्युत प्रवाह का उपयोग करके गर्मी को जोड़कर कैलोरी की क्षमता भी निर्धारित की जा सकती है।

उदाहरण

एक धातु का 95 ग्राम बार 400 immediatelyC तक गर्म होता है, तुरंत इसे 500 ग्राम पानी के साथ एक कैलोरीमीटर तक ले जाता है, शुरू में 20 aC पर। प्रणाली का अंतिम तापमान 24 systemC है। धातु की विशिष्ट गर्मी की गणना करें।

Δq = mx ce x.t

इस अभिव्यक्ति में:

Variationq = भार भिन्नता।

म = जन।

ce = विशिष्ट गर्मी।

Δt = तापमान भिन्नता।

पानी द्वारा प्राप्त ऊष्मा धातु की पट्टी से दी गई ऊष्मा के बराबर होती है।

यह मान उस के समान है जो चांदी के लिए विशिष्ट गर्मी की एक तालिका में दिखाई देता है (234 जे / किग्रा) सी)।

तो कैलोरीमेट्री के अनुप्रयोगों में से एक सामग्री की पहचान के लिए सहयोग है।

कैलोरीमीटर पंप

इसमें एक स्टील कंटेनर होता है, जिसे पंप के रूप में जाना जाता है, इस कंटेनर में होने वाली प्रतिक्रियाओं के दौरान पैदा होने वाले उच्च दबाव के लिए प्रतिरोधी; यह कंटेनर प्रतिक्रियाओं को शुरू करने के लिए एक इग्निशन सर्किट से जुड़ा हुआ है।

पंप पानी के साथ एक बड़े कंटेनर में डूब जाता है, जिसका कार्य प्रतिक्रियाओं के दौरान पंप में उत्पन्न होने वाली गर्मी को अवशोषित करना है, जिससे तापमान भिन्नता छोटी हो जाती है। वॉटर कंटेनर एक थर्मामीटर और एक मैकेनिकल स्टिरर से सुसज्जित है।

ऊर्जा परिवर्तन को लगभग स्थिर आयतन और तापमान पर मापा जाता है, इसलिए पंप में होने वाली प्रतिक्रियाओं पर कोई काम नहीं किया जाता है।

ΔE = q

ΔE अभिक्रिया में आंतरिक ऊर्जा की भिन्नता है और इसमें उत्पन्न ऊष्मा को q करता है।

कैलोरीमीटर के प्रकार

इज़ोटेर्माल अनुमापन कैलोरीमीटर (CTI)

कैलोरीमीटर में दो कोशिकाएं होती हैं: एक में नमूना रखा जाता है और दूसरे में, संदर्भ, पानी को आमतौर पर रखा जाता है।

तापमान अंतर जो कोशिकाओं के बीच उत्पन्न होता है - नमूना सेल में होने वाली प्रतिक्रिया के कारण - एक प्रतिक्रिया प्रणाली द्वारा रद्द कर दिया जाता है जो कोशिकाओं के तापमान को बराबर करने के लिए गर्मी का इंजेक्शन लगाता है।

इस प्रकार के कैलोरीमीटर मैक्रोमोलेक्युलस और उनके लिगेंड के बीच बातचीत का पालन करने की अनुमति देता है।

विभेदक स्कैनिंग कैलोरीमीटर

इस कैलोरीमीटर में सीटीआई की तरह दो कोशिकाएं होती हैं, लेकिन इसमें एक उपकरण होता है जो किसी सामग्री में समय के कार्य के रूप में परिवर्तन से जुड़े तापमान और गर्मी के प्रवाह को निर्धारित करने की अनुमति देता है।

यह तकनीक प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड की तह, साथ ही उनके स्थिरीकरण के बारे में जानकारी देती है।

अनुप्रयोग

-कैलोरीमीटर एक रासायनिक प्रतिक्रिया में होने वाली गर्मी विनिमय को निर्धारित करने की अनुमति देता है, इस प्रकार इसके तंत्र की स्पष्ट समझ की अनुमति देता है।

-एक सामग्री की विशिष्ट गर्मी का निर्धारण करने के लिए, कैलोरीमेट्री डेटा प्रदान करता है जो इसे पहचानने में मदद करता है।

-जैसे किसी प्रतिक्रिया की ऊष्मा परिवर्तन और अभिकारकों की सांद्रता के बीच एक प्रत्यक्ष आनुपातिकता होती है, इस तथ्य के साथ युग्मित किया जाता है कि कैलोरीमेट्री को स्पष्ट नमूनों की आवश्यकता नहीं होती है, इस तकनीक का उपयोग जटिल मैट्रिक्स में मौजूद पदार्थों की एकाग्रता को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।

-कैमरी इंजीनियरिंग के क्षेत्र में, कैलोरीमेट्री का उपयोग सुरक्षा प्रक्रिया में किया जाता है, साथ ही साथ अनुकूलन प्रक्रिया, रासायनिक प्रतिक्रिया और ऑपरेटिंग यूनिट के विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है।

आइसोथर्मल अनुमापन कैलोरीमीटर का उपयोग

-एंजाइम क्रिया तंत्र की स्थापना में सहयोग करता है, साथ ही इसके कैनेटीक्स में भी। यह तकनीक अणुओं के बीच प्रतिक्रियाओं को माप सकती है, बाध्यकारी आत्मीयता, स्टोइकोमेट्री, थैलेपी, और मार्करों की आवश्यकता के बिना समाधान में एन्ट्रॉपी को निर्धारित कर सकती है।

प्रोटीन के साथ नैनोकणों की बातचीत का समर्थन करता है और, अन्य विश्लेषणात्मक तरीकों के साथ संयोजन में, प्रोटीन के परिवर्तनकारी परिवर्तनों को रिकॉर्ड करने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है।

-इसमें खाद्य और फसलों के संरक्षण के लिए आवेदन है।

-भोजन के संरक्षण के लिए, आप इसकी गिरावट और शेल्फ लाइफ (सूक्ष्मजीवविज्ञानी गतिविधि) निर्धारित कर सकते हैं। आप विभिन्न खाद्य संरक्षण विधियों की दक्षता की तुलना कर सकते हैं, और आप परिरक्षकों की इष्टतम खुराक, साथ ही पैकेजिंग नियंत्रण में गिरावट का निर्धारण करने में सक्षम हैं।

सब्जी की फसलों के लिए, आप बीज के अंकुरण का अध्ययन कर सकते हैं। पानी में होने और ऑक्सीजन की उपस्थिति में, वे गर्मी छोड़ते हैं जिसे एक आइसोथर्मल कैलोरीमीटर से मापा जा सकता है। बीज की आयु और अनुचित भंडारण की जांच करें और तापमान, पीएच या विभिन्न रसायनों में बदलाव के तहत उनकी विकास दर का अध्ययन करें।

-दरअसल, यह मिट्टी की जैविक गतिविधि को माप सकता है। इसके अलावा, यह बीमारियों का पता लगा सकता है।

विभेदक स्कैनिंग Calorimetry के उपयोग

-इसोथेरियल केलोरीमेट्री के साथ, इसने अपने लिगेंड्स के साथ प्रोटीन की पारस्परिक क्रिया, ऑलस्टेरिक इंटरैक्शन, प्रोटीन की तह और उनके स्थिरीकरण के तंत्र का अध्ययन करना संभव बना दिया है।

-आप एक आणविक बंधन घटना के दौरान जारी या अवशोषित होने वाली गर्मी को सीधे माप सकते हैं।

-Differential स्कैनिंग कैलोरीमीटर एक ऊष्मा ऊर्जा के प्रत्यक्ष स्थापना के लिए एक थर्मोडायनामिक उपकरण है जो एक नमूने में होता है। यह प्रोटीन अणु की स्थिरता में शामिल कारकों का विश्लेषण करना संभव बनाता है।

-यह न्यूक्लिक एसिड फोल्डिंग ट्रांजिशन के थर्मोडायनामिक्स का भी अध्ययन करता है। तकनीक लिनोलेइक एसिड के ऑक्सीडेटिव स्थिरता को अलग करने और अन्य लिपिड को युग्मित करने की अनुमति देती है।

-इस तकनीक को दवा के उपयोग के लिए नैनोसोलिड्स की मात्रा निर्धारित करने और नैनोस्ट्रक्चर किए गए लिपिड ट्रांसपोर्टर्स के थर्मल लक्षण वर्णन में लागू किया जाता है।

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