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Verwendung der dynamischen Differenzkalorimetrie zur Messung von Enthalpieänderungen
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Verwendung der dynamischen Differenzkalorimetrie zur Messung von Enthalpieänderungen
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JoVE Science Education General Chemistry
Using Differential Scanning Calorimetry to Measure Changes in Enthalpy

1.14: Verwendung der dynamischen Differenzkalorimetrie zur Messung von Enthalpieänderungen

47,122 Views
11:14 min
June 15, 2015
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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

Quelle: Labor von Dr. Terry Tritt — Clemson University

Differential Scanning Kalorimetrie (DSC) ist eine Methode der thermodynamischen Analyse basierend auf Wärmestrom Methode, wobei ein Probenmaterial (eingeschlossen in einer Pfanne) und einer leeren Referenz-Pfanne identisch Temperaturverhältnissen ausgesetzt sind. Der Energie-Differenz, die erforderlich ist, um sowohl die Pfannen bei der gleichen Temperatur wegen der Unterschied in der Wärmekapazität der Probe und der Referenz-Pfanne, pflegen wird als Funktion der Temperatur aufgezeichnet. Diese Energie freigesetzt oder aufgenommen ist ein Maß für die Enthalpieänderung (ΔΗ) der Probe in Bezug auf die Referenz-Pfanne.

Procedure

1. Basismessung

  1. Controller, Einheit, Computersystem, Thermostat ca. 60 min. vor Beginn der Messung zu messen. Purge Gase an das System angeschlossen werden.
  2. Legen Sie zwei leere Tiegel (mit Deckel) in der Probenträger. Das Tiegelmaterial kann je nach Temperaturbereich gewählt werden, gemessen werden.
  3. Verschieben Sie den Ofen in Messposition.
  4. Passen Sie die Messbedingungen (Gas, Vakuum).
  5. Starten Sie das Messprogramm.
  6. Fahren Sie eine Basismessung mit Probe Masse erstellen = 0.
  7. Temperatur Rekalibrierung, offene Empfindlichkeit Programme zu öffnen.
  8. Stellen Sie Temperaturprogramm, anfängliche Temperatur Heizung Rate ein.
  9. Legen Sie die Anfangsbedingungen und die Temperatur Schwellenwerte. Nach dem Spülen des Systems mit Argon/Stickstoff-Gas ein paar Mal, lassen Sie die Gas kontinuierlich durch das System, einstellen der Durchflussmenge zu einer konstanten Rate (z.B. 50 mL/min) fließen.
  10. Starten Sie die Messung.
  11. Die DSC-Messungen werden bei Raumtemperatur nach einer ersten Stabilisierung auf die Ausgangstemperatur gestartet. Die Temperaturstabilisierung ist wichtiger Schritt, um alle Versatz durch einen Unterschied in der thermischen Kapazitäten die Probenschale Referenz Pan und Inhalte zu vermeiden. Eine stetige Heizrate von 20 ° C/min, unter Argon-Gas-Atmosphäre wird im Allgemeinen verwendet. Das Spektrum der Temperatur richtet sich nach der Probe und den Temperaturbereich von Interesse.

2. standard Probenmessung um die Genauigkeit des Systems zu gewährleisten

  1. Öffnen Sie die Messeinheit, nachdem der Ofen abgekühlt ist.
  2. Entfernen Sie den leeren Tiegel, der als die Probenschale festgelegt ist.
  3. Wählen Sie den Standard je nach Temperaturbereich bis gemessen werden.
  4. Wiegen Sie die Norm. Eine fein poliertem synthetischen Saphir (Carborundum, Aluminiumoxid) Festplatte dient als Wärmekapazität und Transformation Enthalpie standard. Saphir ist stabil über einen weiten Bereich von Temperatur und seiner Wärmekapazität hat über einen weiten Bereich von Temperatur genau bestimmt worden.
  5. Einsetzen Sie Standardprobe in der Probe-Tiegel mit einer Pinzette vorsichtig.
  6. Verschieben Sie den Ofen in Messposition.
  7. Passen Sie die Messbedingungen (Gas, Vakuum).
  8. Gehen Sie folgendermaßen vor, das Standardmaß mit der Korrektur-Messung zu kombinieren:
  9. Verwendung Probe Masse = x mg (Masse der Standardprobe).
  10. Temperatur Rekalibrierung, öffnen Sie Empfindlichkeit
  11. Verwenden Sie die gleichen Temperaturprogramm (Temperaturprogramm bleibt die gleiche wie die Basislinie Temperaturprogramm)
  12. Starten Sie die Messung.
  13. Legen Sie die Anfangsbedingungen und die Temperatur Schwellenwerte. Nach dem Spülen des Systems ein paar Mal, erlauben Sie das Spülgas kontinuierlich durchfließen des Systems, die Fördermenge einstellen.
  14. Messbedingungen (z.B.. Heizrate, Gase, Art der Tiegel) für die Grundlinie und das anschließende Standardmaß müssen identisch sein.
  15. Unter Verwendung der gleichen Empfindlichkeit und Temperatur-Kalibrierdateien das Startprogramm der Standardprobe zu messen.

3. die Probenmessung

  1. Polieren Sie die Musterflächen. Legen Sie die flachste Oberfläche der Probe mit Blick auf den Boden der Pfanne. Verwenden Sie eine optimale Stichprobengröße, die die Pfanne ohne Deckel passt. Die Probe ist fein poliert, um guten thermischen Kontakt mit der Probenschale erhalten, so dass die Temperatur genau bestimmt werden kann und die Daten weniger laut ist.
  2. Masse ermitteln Sie die Probe.
  3. Öffnen Sie die Messeinheit, nachdem der Ofen abgekühlt ist.
  4. Entfernen Sie die Standardprobe aus dem Tiegel.
  5. Reinigen Sie den Tiegel mit Alkohol. Legen Sie die Probe in den Tiegel ersetzen die Standard gemessen werden.
  6. Folgen Sie Schritt 3, um die Probe zu messen. Die Messbedingungen (z.B. Heizung, Rate, Gase, Art der Tiegel) für die Baseline-Messung und anschließende Standard und Probenmessung müssen übereinstimmen.
  7. Folgen Sie Schritt 3, um die Messung zu vervollständigen.

Energieveränderungen, die bei chemischen Reaktionen auftreten zeichnen sich durch die Bezeichnung Enthalpie und sind ein wichtiges Konzept in der Thermodynamik. Während Enthalpie selbst gemessen werden kann, die ändern Enthalpie in einem System werden kann, und Konten für die Energie zwischen einem System und seiner Umgebung während eines chemischen Prozesses bei konstantem Druck übertragen.

Chemische Reaktionen, die Energie mit ihrer Umgebung in erster Linie als Wärme abgeben werden beschrieben als exotherm und haben eine negative Enthalpieänderung. Einige schnelle exothermen Reaktionen so viel Wärme abgeben, die sie explosiv sind. In anderen Reaktionen wird Energie aus der Umwelt aufgenommen. Diese Reaktionen sind endotherm und haben eine positive Enthalpieänderung. Es ist wichtig zu verstehen, die Enthalpieänderung in einer chemischen Reaktion, so dass die Reaktion sicher und effizient durchgeführt werden kann. Enthalpieänderung kann experimentell mit differential scanning Kalorimetrie oder DSC gemessen werden. DSC ist eine thermodynamische Analysemethode basiert auf dem Konzept des Wärmeflusses. Dieses Video veranschaulicht wie mit Differential Scanning Kalorimetrie die Enthalpie der Reaktion ein Oxid über die Zersetzung von einem Carbonat messen.

Enthalpie ist eine staatliche Aufgabe, was bedeutet, dass es nur den ersten und letzten Staaten einer Reaktion hängt und Pfad unabhängig ist. Höhe ist ein Beispiel für eine staatliche Aufgabe, wie es nur die Höhendifferenz zwischen der Basis und der Spitze hängt. Wanderer und Kletterer nehmen verschiedene Routen zum Gipfel. Egal welchen Weg sie nutzen, um den Gipfel zu erreichen, fahren sie beide die gleiche allgemeine Höhe. Ein ähnliches Konzept gilt für Thermodynamik, wo die Änderung der Enthalpie zwischen Beginn und Ende der Reaktion verwendet wird, um Energieveränderungen während der Reaktion zu verstehen.

Hess Gesetz definiert Enthalpie für eine chemische Reaktion, die als ΔH, als die Summe der Enthalpien der jedes Reaktionsprodukt abzüglich der Summe der Enthalpien der Reaktanden bezeichnet. Enthalpien der gemeinsamen Stoffe sind leicht zugänglich und veröffentlicht. Diese veröffentlichten Werte können verwendet werden, um Enthalpieänderung in gemeinsamen Reaktionen zu berechnen. Dieses Beispiel zeigt die Berechnung der Enthalpie für die Bildung von Stickstoffdioxid Gas aus Stickstoffmonoxid und Sauerstoff. Die Enthalpie-Werte der einzelnen Komponenten können im Diagramm gefunden und in die Gleichung ersetzt. "n" die Anzahl der Muttermale der einzelnen Komponenten entfallen, und muss in die Berechnung einbezogen werden. Diese Reaktion hat eine negative Enthalpie, dh es exotherm.

Enthalpieänderung kann auch experimentell mit DSC gemessen werden. Der DSC Messaufbau besteht aus separaten Probe und Referenz-Pfannen mit Temperatursensoren verbunden. Die Temperatur der Probe Pan, mit der Verbindung der Zinsen und der Referenz-Pfanne, die in der Regel leer bleibt, werden unabhängig voneinander durch separate, aber identische Heizungen gesteuert.

Die Temperatur der beiden Pfannen wird linear erhöht. Der Unterschied in der Höhe von Energie oder Wärmestrom, erforderlich, um beide Pfannen bei einer konstanten Temperatur wird als Funktion der Temperatur aufgezeichnet. Beispielsweise enthält die Probenschale ein Materials, das Energie absorbiert, wenn es einen Phasenwechsel oder Reaktion erfährt, muss die Heizung unter die Probenschale mehr Energie um die Pfanne Temperatur als die Heizung unter der leeren Referenz-Pfanne zu erhöhen anwenden. Dieser Unterschied in der Wärmestrom ist direkt proportional zur Enthalpie. Nun, da Sie die Grundlagen der Enthalpie gelernt haben, mal sehen, wie die Enthalpie Messung ausgeführt.

Um die DSC-Messung zu beginnen, schalten Sie das Instrument durch Controller, Messeinheit, EDV-System einschalten und Kühlwasser. Zunächst erfolgt eine Basismessung durch Ausführen der DSC mit leeren Referenz und Sample-Pfannen. Die Basislinie wird verwendet werden, um später die Probemessungen normalisieren.

Wählen Sie eine Pfanne, die chemisch inert und in dem gewünschten Temperaturbereich stabil ist. Bei Temperaturen über 600 Grad sind Platin/Rhodium-Pfannen mit Aluminiumoxid-Liner gebräuchlich. Stellen Sie die leere Probe und Referenz-Pfannen mit Deckel in der Probenhalter.

Überprüfen Sie, ob Schutzgas-Linien an das System angeschlossen sind. Bereinigen Sie das System zu, und passen Sie den Fluss zu einem ursprünglichen Zustand.

Legen Sie die Grundlinie Parameter mit einer Probe Masse von Null. Geben Sie den Temperaturbereich und die Aufheizgeschwindigkeit. Lassen Sie das System bei 40 ° C für 10 min zu stabilisieren, um Offsets verursacht durch Unterschiede in den thermischen Eigenschaften der Probe und Referenz Pfannen zu vermeiden. Mit dem System stabilisiert kann die Grundlinie gemessen werden.

Als nächstes wird eine Referenzmessung mit einer Standardprobe zum Testen der Genauigkeit des Instruments durchgeführt. Öffnen Sie die Messeinheit zu, nachdem der Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt ist, und entfernen Sie die leere Probenschale. Lassen Sie die Referenz-Pfanne in das Instrument.

Wählen Sie eine Standardprobe mit bekannten thermodynamischen Eigenschaften im gewünschten Temperaturbereich, um die Genauigkeit des Instruments zu testen. Eine fein geschliffene synthetische Saphirscheibe wird als Standard verwendet, da die thermischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich gut gemeldet werden.

Wiegen Sie die Standardprobe mit einem hohen Präzisionswaage. Legen Sie den Standard in die Probenschale mit einer Pinzette. Achten Sie darauf, mit der gleichen Pfanne in der Baseline-Messung verwendet. Legen Sie die Pfanne in das Gerät und schließen Sie die Probenkammer. Ermöglichen Sie die Säuberung Gasstrom zu stabilisieren und den Standard auf Raumtemperatur zu stabilisieren. Geben Sie die Masse der Standardprobe und legen Sie das Heizprogramm, mit der gleichen Temperatur-Parameter für die Baseline-Messung verwendet. Dann mit beginnen Sie der Messung.

Die Handlung dieses Standardprobe kann verwendet werden, um die Genauigkeit des Instruments zu bewerten.

Nun, da die Grundlinie und Standardmessungen vorgenommen wurden, kann die Probe gemessen werden. Öffnen Sie die Messeinheit zu, nachdem der Ofen vollständig abgekühlt ist, und nehmen Sie die Referenzstichprobe aus der Pfanne. Reinigen Sie die Pfanne gründlich mit Alkohol, da es für die Probenmessung verwendet wird. Fügen Sie eine kleine Menge der Probe in die Pfanne. Pulverförmigen Feststoffen wie bei der Calciumcarbonat in diesem Beispiel, sicherstellen Sie, dass die Probe-Pulver auf den Boden der Pfanne gleichmäßig verteilt wird.

Als nächstes Wiegen der Probe und Pan. Die Masse sollte ähnlich wie die Standardprobe für Genauigkeit. Ausführen der Probenmessung mit dem genauen Probengewicht und identische Heizung-Parameter an die Grundlinie und die Standardmaße.

DSC-Daten präsentiert sich als ein Grundstück von Wärmestrom oder q gegen die Temperatur, auch genannt eine thermoanalytischen Kurve. Endotherme Veranstaltungen erscheinen als positive Eigenschaften, während exothermen Ereignisse als negative Eigenschaften angezeigt werden.

Wärmestrom durch die Aufheizgeschwindigkeit dividiert, gibt die Wärmekapazität. Wärmekapazität oder Cp, ist definiert als die Menge an Energie benötigt, um die Temperatur eines Stoffes um ein Grad Celsius zu erhöhen. Unter der Annahme konstanten Drucks, entspricht die Änderung der Enthalpie pro Grad die Wärmekapazität eines Materials. So erhält man die Enthalpieänderung durch Berechnung der Fläche unter der Kurve zwischen zwei Temperaturgrenzen. In diesem Beispiel wird die Enthalpie der Zersetzung von Calciumcarbonat, Calciumoxid oder Branntkalk, bilden mit der DSC analysiert. Dieser Prozess ist bekannt als Kalzinierung. Die Zersetzung von Calciumcarbonat tritt endothermically, wie die positive Spitze bei 853 Grad Celsius belegt. Die Enthalpie der Zersetzung des Kalziumkarbonats errechnet sich aus dem Bereich unter dem Gipfel und ist ca. 160 Kilojoule pro Mol. Der berechnete Wert per Gesetz Hesss war 178 Kilojoule pro Mol. Diskrepanzen zwischen der gemessenen und berechneten Werte können durch nicht-ideale Bedingungen und Messung Artefakte entstehen.

Enthalpie ist ein wichtiges Konzept in der Beschreibung Energiefluss in vielen verschiedenen Systemen, abgesehen von chemischen Reaktionen. Enthalpie kann auch verwendet werden, zu verstehen, Phasenumwandlungen in Materialien und Mischungen.

Polymere sind Materialien, die in den unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt. In diesem Beispiel wurden poröse Copolymer Strukturen aus Polystyrol, PS und polyvinyl Pyridin, P4VP, analysiert.

Enthalpieänderung beim Phasenübergang in jeder Polymerkomponente aufgetreten und war mit DSC visualisiert. Die Glasübergangstemperatur oder Tg, beschreibt den Punkt an dem eine amorphe Material Übergänge von einer starren glasigen Zustand zu einer viskosen Flüssigkeit Zustand, und erscheint als ein Grat im Scan.

Die Schmelztemperatur beschreibt den Punkt, an dem ein starres kristalline Material in einer viskosen Flüssigkeit Zustand übergeht, und wird als eine endotherme Peak visualisiert. In diesem Beispiel wurde die Schmelztemperatur für eine Polymerkomponente visualisiert.

DSC kann auch verwendet werden, Phasenübergänge in biologischen Proben zu analysieren. In diesem Beispiel wurde der Phasenübergang eine Zellsuspension analysiert, um die Gefriertrocknung Eigenschaften zu verstehen. Gefriertrocknung oder Lyophilisierung, wird gemeinhin für die langfristige Lagerung von biologischen Proben verwendet. Hier wurden Zellsuspensionen vorbereitet und eingefroren unter verschiedenen Bedingungen in der DSC-Instrument. Die gefrorenen Suspensionen wurden dann erhitzt und die Tg gemessen. Später wurden die Zellen mit Elektronenmikroskopie um festzustellen, welche Einfrieren Zustand befördert Zelle überleben analysiert. Ein Verständnis des Trocknungsprozesses Einfrieren über Phase Übergangstemperaturen hilft den Prozess anpassen, um Zelle Speicher zu verbessern. Enthalpie ist auch zur Mischbarkeit oder die Fähigkeit einer Mischung bilden eine homogene Lösung zu studieren. In diesem Beispiel wurden Mischungen von Protein mit DSC analysiert, um zu prüfen, die Mischbarkeit der verschiedenen Mischungen. Eine nicht mischbare Mischung kann mehrere Übergang Funktionen in einem DSC-Scan aufweisen, da jede Komponente separat einen Phasenübergang unterzogen werden. Während eine homogene Mischung ein Phase Übergang Merkmal aufweist.

Sie haben nur Jupiters Einführung in die Enthalpie mit Differential Scanning Kalorimetrie beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, die Theorie der Enthalpie und DSC Verwendung um zu messen.

Danke fürs Zuschauen!

Transcript

Energieänderungen, die bei chemischen Reaktionen auftreten, werden durch den Begriff Enthalpie definiert und sind ein wichtiges Konzept in der Thermodynamik. Während die Enthalpie selbst nicht gemessen werden kann, kann die Änderung der Enthalpie in einem System gemessen werden und erklärt die Energie, die während eines chemischen Prozesses bei konstantem Druck zwischen einem System und seiner Umgebung übertragen wird.

Chemische Reaktionen, die Energie vor allem in Form von Wärme an ihre Umgebung abgeben, werden als exotherm bezeichnet und haben eine negative Enthalpieänderung. Einige schnelle exotherme Reaktionen geben so viel Wärme ab, dass sie explosiv sind. Bei anderen Reaktionen wird Energie aus der Umgebung aufgenommen. Diese Reaktionen sind endotherm und haben eine positive Enthalpieänderung. Es ist wichtig, die Enthalpieänderung in einer chemischen Reaktion zu verstehen, damit die Reaktion sicher und effizient durchgeführt werden kann. Die Enthalpieänderung kann experimentell mit Hilfe der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) gemessen werden. DSC ist eine thermodynamische Analysemethode, die auf dem Konzept des Wärmeflusses basiert. In diesem Video wird gezeigt, wie die dynamische Differenzkalorimetrie zur Messung der Reaktionsenthalpie eines Oxids über die Zersetzung eines Karbonats verwendet werden kann.

Die Enthalpie ist eine Zustandsfunktion, d.h. sie hängt nur vom Anfangs- und Endzustand einer Reaktion ab und ist pfadunabhängig. Die Höhe ist ein Beispiel für eine Zustandsfunktion, da sie nur vom Höhenunterschied zwischen Basis und Gipfel abhängt. Der Wanderer und der Kletterer nehmen unterschiedliche Routen zum Gipfel. Unabhängig davon, welchen Weg sie verwenden, um den Gipfel zu erreichen, legen beide die gleiche Gesamthöhe zurück. Ein ähnliches Konzept wird auf die Thermodynamik angewendet, wo die Änderung der Enthalpie zwischen Beginn und Ende der Reaktion verwendet wird, um Energieänderungen während der Reaktion zu verstehen.

Das Heßsche Gesetz definiert die Enthalpie für eine chemische Reaktion, die als ? H, als Summe der Enthalpien jedes Reaktionsprodukts minus der Summe der Enthalpien der Reaktanten. Die Enthalpien der gängigen Substanzen sind veröffentlicht und leicht verfügbar. Diese veröffentlichten Werte können zur Berechnung der Enthalpieänderung in häufigen Reaktionen verwendet werden. Dieses Beispiel zeigt die Enthalpieberechnung für die Bildung von Stickstoffdioxidgas aus Stickstoffmonoxid und Sauerstoff. Die Enthalpiewerte der einzelnen Komponenten sind in der Tabelle zu finden und werden in die Gleichung eingefügt. "n" steht für die Anzahl der Mole jeder Komponente und muss in die Berechnung einbezogen werden. Diese Reaktion hat eine negative Enthalpie, was bedeutet, dass sie exotherm ist.

Die Enthalpieänderung kann auch experimentell mit DSC gemessen werden. Der DSC-Messaufbau besteht aus separaten Proben- und Referenzschalen, die an Temperatursensoren befestigt sind. Die Temperatur der Probenschale, die die interessierende Verbindung enthält, und der Referenzschale, die typischerweise leer bleibt, werden unabhängig voneinander mit getrennten, aber identischen Heizelementen geregelt.

Die Temperatur beider Pfannen wird linear erhöht. Die Differenz in der Energiemenge oder dem Wärmefluss, die erforderlich ist, um beide Pfannen auf einer konstanten Temperatur zu halten, wird in Abhängigkeit von der Temperatur aufgezeichnet. Wenn die Probenschale beispielsweise ein Material enthält, das bei einer Phasenänderung oder -reaktion Energie absorbiert, muss die Heizung unter der Probenschale mehr Energie aufwenden, um die Schalentemperatur zu erhöhen, als die Heizung unter der leeren Referenzschale. Diese Differenz im Wärmestrom ist direkt proportional zur Enthalpie. Nachdem Sie nun die Grundlagen der Enthalpie gelernt haben, sehen wir uns an, wie Sie die Enthalpiemessung durchführen.

Um die DSC-Messung zu starten, schalten Sie das Gerät ein, indem Sie den Controller, die Messeinheit, das Computersystem und das Kühlwasser einschalten. Zunächst wird eine Basismessung durchgeführt, indem der DSC mit leeren Referenz- und Probenschalen ausgeführt wird. Die Baseline wird später verwendet, um die Probenmessungen zu normalisieren.

Wählen Sie eine Pfanne, die chemisch inert und im gewünschten Temperaturbereich stabil ist. Bei Temperaturen über 600 Grad werden üblicherweise Platin/Rhodium-Pfannen mit Aluminiumoxid-Auskleidungen verwendet. Setzen Sie die leere Proben- und Referenzschale mit Deckel in den Probenhalter ein.

Prüfen Sie, ob Inertgasleitungen an das System angeschlossen sind. Spülen Sie das System, und stellen Sie den Durchfluss auf einen konstanten Zustand ein.

Legen Sie die Basislinienparameter mit einer Abtastmasse von Null fest. Geben Sie den Temperaturbereich und die Heizrate ein. Lassen Sie das System bei 40 °C stabilisieren. C für 10 min, um Offsets zu vermeiden, die durch Unterschiede in den thermischen Eigenschaften der Proben- und Referenzschalen verursacht werden. Wenn das System stabilisiert ist, kann die Basislinie gemessen werden.

Anschließend wird eine Referenzmessung mit einer Standardprobe durchgeführt, um die Genauigkeit des Instruments zu testen. Öffnen Sie die Messeinheit, nachdem der Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt ist, und entfernen Sie die leere Probenschale. Lassen Sie das Referenzfeld im Instrument.

Wählen Sie eine Standardprobe mit bekannten thermodynamischen Eigenschaften im gewünschten Temperaturbereich aus, um die Genauigkeit des Geräts zu testen. Als Standard wird eine fein polierte synthetische Saphirscheibe verwendet, da ihre thermischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich gut berichtet werden.

Wiegen Sie die Standardprobe mit einer hochpräzisen Waage. Führen Sie den Standard vorsichtig mit einer Pinzette in die Probenschale ein. Achten Sie darauf, dass Sie dieselbe Pfanne verwenden, die bei der Basismessung verwendet wurde. Setzen Sie die Pfanne in das Gerät ein und schließen Sie die Probenkammer. Lassen Sie den Spülgasstrom stabilisieren und den Standard auf Raumtemperatur stabilisieren. Geben Sie die Masse der Standardprobe ein und stellen Sie das Heizprogramm ein, wobei Sie dieselben Temperaturparameter verwenden, die für die Basismessung verwendet werden. Beginnen Sie dann mit der Messung.

Der Plot dieser Standardprobe kann verwendet werden, um die Genauigkeit des Instruments zu beurteilen.

Nachdem nun die Basis- und Standardmessungen durchgeführt wurden, kann die Probe gemessen werden. Öffnen Sie die Messeinheit, nachdem der Ofen vollständig abgekühlt ist, und nehmen Sie die Referenzprobe aus der Tiele. Reinigen Sie die Pfanne gründlich mit Alkohol, da dieser für die Probenmessung verwendet wird. Geben Sie eine kleine Menge Probe in die Pfanne. Bei pulverförmigen Feststoffen, wie bei dem Calciumcarbonat in diesem Beispiel, ist darauf zu achten, dass das Probenpulver gleichmäßig am Boden der Pfanne verteilt ist.

Wiegen Sie anschließend die Probe und schwenken Sie. Die Masse sollte aus Gründen der Genauigkeit der Standardprobe ähnlich sein. Führen Sie die Probenmessung mit dem genauen Probengewicht und den gleichen Heizparametern wie bei den Basis- und Standardmessungen durch.

DSC-Daten werden als Diagramm des Wärmeflusses (q) in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt, was auch als thermoanalytische Kurve bezeichnet wird. Endotherme Ereignisse erscheinen als positive Merkmale, während exotherme Ereignisse als negative Merkmale erscheinen.

Wenn man den Wärmestrom durch die Heizrate dividiert, erhält man die Wärmekapazität. Die Wärmekapazität (Cp) ist definiert als die Energiemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur einer Substanz um ein Grad Celsius zu erhöhen. Unter der Annahme eines konstanten Drucks entspricht die Änderung der Enthalpie pro Grad der Wärmekapazität eines Materials. Die Enthalpieänderung erhält man also, indem man die Fläche unter der Kurve zwischen zwei Temperaturgrenzen berechnet. In diesem Beispiel wird die Enthalpie der Zersetzung von Calciumcarbonat zu Calciumoxid oder Branntkalk mit dem DSC analysiert. Dieser Prozess ist allgemein als Kalzinierung bekannt. Der Abbau von Calciumcarbonat erfolgt endotherm, was sich am positiven Peak bei 853 Grad Celsius zeigt. Die Zersetzungsenthalpie von Calciumcarbonat wird aus der Fläche unter dem Peak berechnet und beträgt etwa 160 Kilojoule pro Mol. Der nach dem Hessschen Gesetz berechnete Wert betrug 178 Kilojoule pro Mol. Abweichungen zwischen den gemessenen und den berechneten Werten können durch nicht ideale Bedingungen und Messartefakte entstehen.

Die Enthalpie ist ein wichtiges Konzept zur Beschreibung des Energieflusses in vielen verschiedenen Systemen, abgesehen von chemischen Reaktionen. Die Enthalpie kann auch verwendet werden, um Phasenumwandlungen in Materialien und Gemischen zu verstehen.

Polymere sind Werkstoffe, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. In diesem Beispiel wurden poröse Copolymerstrukturen aus Polystyrol, PS, und Polyvinylpyridin, P4VP, analysiert.

Die Enthalpieänderung trat während des Phasenübergangs in jeder Polymerkomponente auf und wurde mit DSC visualisiert. Die Glasübergangstemperatur (Tg) beschreibt den Punkt, an dem ein amorphes Material von einem starren glasartigen Zustand in einen viskosen flüssigen Zustand übergeht und im Scan als Grat erscheint.

Die Schmelztemperatur beschreibt den Punkt, an dem ein starres kristallines Material in einen viskosen flüssigen Zustand übergeht, und wird als endothermer Peak dargestellt. In diesem Beispiel wurde die Schmelztemperatur für eine Polymerkomponente visualisiert.

DSC kann auch zur Analyse von Phasenübergängen in biologischen Proben verwendet werden. In diesem Beispiel wurde der Phasenübergang einer Zellsuspension analysiert, um ihre gefriertrocknenden Eigenschaften zu verstehen. Die Gefriertrocknung oder Gefriertrocknung wird häufig für die Langzeitlagerung biologischer Proben verwendet. Hier wurden Zellsuspensionen hergestellt und unter verschiedenen Bedingungen im DSC-Instrument eingefroren. Anschließend wurden die gefrorenen Suspensionen erhitzt und die Tg gemessen. Später wurden die Zellen mit Elektronenmikroskopie analysiert, um festzustellen, welcher Gefrierzustand das Überleben der Zellen förderte. Ein Verständnis des Gefriertrocknungsprozesses über Phasenübergangstemperaturen hilft, den Prozess so anzupassen, dass die Zelllagerung verbessert wird. Die Enthalpie wird auch verwendet, um die Mischbarkeit oder die Fähigkeit eines Gemisches zu untersuchen, eine homogene Lösung zu bilden. In diesem Beispiel wurden Proteingemische mit DSC analysiert, um die Mischbarkeit der verschiedenen Mischungen zu untersuchen. Ein nicht mischbares Gemisch kann in einem DSC-Scan mehrere Übergangsmerkmale aufweisen, da jede Komponente separat einen Phasenübergang durchläuft. Während ein homogenes Gemisch ein Phasenübergangsmerkmal aufweist.

Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die Enthalpie mit der dynamischen Differenzkalorimetrie gesehen. Sie sollten nun die Theorie der Enthalpie verstehen und wissen, wie Sie DSC verwenden, um sie zu messen.

Danke fürs Zuschauen!

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