Calorimetry: A’ tomhas lùth teas ann an ath-bheachdan ceimigeach
Pendahuuan
'S e meur de shaidheans a th' ann an calorimetry a bhios a' sgrùdadh tomhas atharrachaidhean ann an lùth teas ann an ath-bheachdan ceimigeach no pròiseasan corporra. Tha am facal "calorimetry" a' tighinn bhon Laideann "calor," a' ciallachadh teas, agus "metri," a' ciallachadh tomhas. Tha an dòigh seo a' toirt seachad lèirsinn chudromach air enthalpy, entropy, agus comas teas diofar shiostaman. Nì an t-artaigil seo ath-sgrùdadh air bun-bheachdan calorimetry, seòrsachan calorimeters, na prionnsapalan obrach aca, agus na cleachdaidhean aca ann an diofar raointean leithid ceimigeachd, bith-eòlas, agus fiosaig.
Bun-bheachdan Calorimetry
Gu bunaiteach, tha calorimetry a’ toirt a-steach tomhas nan atharrachaidhean teòthachd a thachras nuair a bhios dà stuth a’ measgachadh no ag ath-fhreagairt. Is e calorimeter am prìomh phàirt den inneal seo, air a dhealbhadh gus iomlaid lùth teas leis an àrainneachd a lughdachadh. Is e bun-bheachd calorimetry a’ chiad lagh de theirmodaineamaigs, a tha ag ràdh nach gabh lùth a chruthachadh no a sgrios ach nach urrainn dha ach cruth atharrachadh. Anns a’ chùis seo, faodar an lùth teas a gheibh no a leigeas siostam ma sgaoil a chleachdadh gus an t-atharrachadh ann an lùth taobh a-staigh an t-siostaim sin obrachadh a-mach.
Seòrsachan Calorimeters
1. Calaraiméadar sìmplidh
Mar as trice bidh calaraiméadar sìmplidh air a dhèanamh suas de shoitheach air a dhèanamh de stuth inslithe leithid polystyrene no alùmanum, air a lìonadh le uisge, agus teirmiméadar ann. Bithear tric a’ cleachdadh an seòrsa calaraiméadar seo ann an deuchainnean foghlaim bun-sgoile gus bun-bheachd calaraiméadrachd a thoirt a-steach.
2. Calaraiméadar Boma
'S e inneal nas iom-fhillte a th' ann an caloriméadar boma a thathar a' cleachdadh gus atharrachaidhean lùtha ann an ath-bheachdan losgaidh a thomhas. Tha na caloriméadairean seo air an dèanamh suas de shoitheach a tha an aghaidh teas is cuideam ris an canar "boma", a thèid a chur ann an soitheach làn uisge. Nuair a thèid sampall a losgadh anns a' bhoma, thèid an t-atharrachadh teòthachd san uisge a thomhas gus an lùth teas a thèid a thoirt a-mach obrachadh a-mach.
3. Calaraiméadar Sganaidh Eadar-dhealaichte (DSC)
’S e inneal a th’ ann an DSC a thathar a’ cleachdadh gus atharrachaidhean ìre agus ath-bheachdan ceimigeach a thachras ann an stuthan nuair a thèid an teasachadh no an fhuarachadh a sgrùdadh. Bidh e a’ tomhas an eadar-dhealachaidh teòthachd eadar sampall agus iomradh, a’ leigeil le luchd-saidheans enthalpaidhean gluasaid, puingean leaghaidh, agus feartan teirmeach eile a dhearbhadh.
4. Calaraiméadar Isoperibòlach
Cumaidh caloriméadar isoperibolach an teòthachd àrainneachdail seasmhach tron deuchainn. Bithear tric a’ cleachdadh nan caloriméadaran seo ann an rannsachadh bith-cheimigeach gus atharrachaidhean lùtha ann an ath-bheachdan einsímeach no pròiseasan bith-eòlasach eile a dhearbhadh.
Mar a tha Calorimeter ag Obrachadh
Tha prionnsabal obrachaidh calorimeter a’ toirt a-steach grunn cheumannan bunaiteach:
1. Calabrachadh: Feumar an calorimeatar a chalabrachadh gus a chomas teas a dhearbhadh. Tha an ceum seo a’ toirt a-steach meud aithnichte de theas a chur ris agus an t-atharrachadh teòthachd a thig às a chlàradh.
2. Suidheachadh Sampall: Tha an sampall air a chur anns a’ chalraimeadar, agus tha an siostam air a sheulachadh gus casg a chur air iomlaid lùtha leis an àrainneachd.
3. Amharc air Atharrachaidhean Teòthachd: Às dèidh don ath-bhualadh a bhith deiseil, thèid na h-atharrachaidhean teòthachd a tha a’ tachairt anns an t-siostam a thomhas.
4. Àireamhachadh Lùtha: A’ cleachdadh a’ chiad lagh de theirmidinimigs agus dàta atharrachadh teòthachd, thathar a’ obrachadh a-mach an lùth a chaidh a thoirt a-mach no a chaitheamh leis an ath-bhualadh.
Tagraidhean Calorimetry
Tha raon farsaing de thagraidhean aig calorimetry, bho rannsachadh bunaiteach gu tagraidhean practaigeach ann an gnìomhachas.
1. Ceimigeachd
Ann an ceimigeachd, thathar a’ cleachdadh calorimetry gus feartan teirmeadainimigeach ath-bheachdan a dhearbhadh, leithid enthalpy agus entropy. Mar eisimpleir, ann an sgrùdadh cineatachd cheimigeach, faodaidh calorimetry cuideachadh le bhith a’ tomhas ìrean ath-bhualadh agus uidheaman ath-bhualadh. Thathar a’ cleachdadh calorimetry boma, gu sònraichte, gus teas losgaidh connadh agus biadhan a thomhas.
2. Bith-eòlas
Tha calorimetry a’ cluich pàirt chudromach ann am bith-eòlas moileciuil agus rannsachadh bith-cheimigeachd. Mar eisimpleir, ann an sgrùdaidhean einsìmean, thathas a’ cleachdadh calorimetry gus lùths gnìomhachaidh agus cineatics einsìme a dhearbhadh, a bharrachd air na h-atharrachaidhean lùtha a tha a’ tachairt rè ath-bheachdan einsìme-substrate. Thathas cuideachd a’ cleachdadh calorimetry ann an rannsachadh phròtainean, leithid a bhith a’ dèanamh anailis air seasmhachd agus pasgadh phròtainean.
3. Fiosaigs
Ann am fiosaig, thathar a’ cleachdadh calorimetry gus comas teas sònraichte stuthan agus atharrachaidhean ìre a thomhas, leithid leaghadh agus sublimation. Gu sònraichte, thathar a’ cleachdadh DSC gus feartan teirmeach stuthan polymer agus co-dhèanta a sgrùdadh, a bharrachd air sgrùdadh a dhèanamh air gluasadan ìre ann an stuthan criostalach agus neo-chruthach.
4. Gnìomhachas
Anns an roinn gnìomhachais, thathar a’ cleachdadh calorimetry airson rannsachadh agus leasachadh thoraidhean, leithid cungaidhean-leigheis, grìtheidean bìdh, agus connadh. Mar eisimpleir, anns a’ ghnìomhachas cungaidhean-leigheis, thathar a’ cleachdadh calorimetry gus seasmhachd teirmeach dhrogaichean a leasachadh agus a dhearbhadh, agus anns a’ ghnìomhachas bìdh, faodar amannan còcaireachd agus cothromachadh lùtha ann am bathar bìdh a bharrachadh le cuideachadh bho calorimetry.
Sgrùdadh Cùise: Cleachdadh Calorimetry ann an Rannsachadh Cungaidh-leigheis
Is e aon eisimpleir de chur an sàs calorimetry ann an rannsachadh cungaidh-leigheis sgrùdadh seasmhachd teirmeach dhrogaichean. Anns an rannsachadh seo, faodar DSC a chleachdadh gus mion-sgrùdadh a dhèanamh air gluasadan ìre ann an cungaidhean cruaidh agus na puingean leaghaidh agus na h-atharrachaidhean enthalpy co-cheangailte ris na pròiseasan sin a dhearbhadh. Tha am fiosrachadh seo deatamach airson dèanamh cinnteach à seasmhachd agus èifeachdas dhrogaichean rè stòradh agus còmhdhail.
Dùbhlain agus Àm ri Teachd Calorimetry
Ged a tha calorimeatraidh na inneal cumhachdach, tha grunn dhùbhlain romhpa. Is e aon dhiubh cruinneas tomhais, gu h-àraidh ann an deuchainnean anns a bheil atharrachaidhean lùtha glè bheag. A bharrachd air an sin, tha e duilich insulation teirmeach foirfe a choileanadh, agus faodaidh seo mearachdan tomhais adhbhrachadh.
Ach, le adhartasan teicneòlais, tha innealan calorimetry air fàs nas iom-fhillte agus nas mionaidiche. Le bhith a’ cleachdadh mothachairean didseatach, smachd teothachd nas fheàrr, agus bathar-bog mion-sgrùdaidh dàta iom-fhillte, faodar tomhasan nas cruinne agus nas èifeachdaiche a dhèanamh. San àm ri teachd, thathar an dùil gum bi pàirt nas motha aig calorimetry ann an rannsachadh ioma-chuspaireil, a’ gabhail a-steach nanoteicneòlas, saidheans stuthan, agus bith-eòlas siostaman.
Co-dhùnadh
’S e cuspair saidheansail cudromach a th’ ann an calorimetry le iomadh cleachdadh ann an ceimigeachd, bith-eòlas, fiosaig agus gnìomhachas. Le bhith a’ tomhas nan atharrachaidhean ann an lùth teas ann an ath-bheachdan ceimigeach agus pròiseasan corporra, tha an dòigh seo a’ toirt sealladh domhainn air feartan teirmeadainimigeach diofar shiostaman. A dh’aindeoin grunn dhùbhlain a bhith romhpa, tha adhartasan teicneòlais a’ leantainn air adhart a’ leasachadh cruinneas agus èifeachdas tomhais calorimetry. Mar thoradh air an sin, cumaidh calorimetry air adhart mar inneal luachmhor ann an rannsachadh agus leasachadh thar raon farsaing de chuspairean.
