Peróxido de hidrógeno
El peróxido de hidrógeno puro (H2O2) es un líquido azul pálido, mezclable en cualquier proporción con agua. Las soluciones acuosas de bajo porcentaje se utilizan ampliamente como agentes blanqueadores debido a sus fuertes propiedades oxidantes. Además de para el blanqueo de madera, papel o cabello, las soluciones de peróxido de hidrógeno también se utilizan como agentes oxidantes o en aplicaciones médicas como desinfectantes. La tendencia del peróxido de hidrógeno a descomponerse en agua y oxígeno (véase la ecuación 1 a continuación) es la razón de su aplicación como propulsor líquido en motores de cohetes.
(ecuación 1)
Calorímetro de módulo múltiple (MMC)
El Calorímetro de Módulo Múltiple NETZSCH Calorímetro de módulo múltiple (MMC)Dispositivo calorimétrico de modo múltiple que consta de una unidad de base y módulos intercambiables. Un módulo está preparado para la calorimetría de tasa de aceleración (ARC®), el ARC®-Module. Un segundo se utiliza para pruebas de barrido (Módulo de barrido) y un tercero y cuarto están relacionados con pruebas de baterías y polímeros, farmacéuticas para pilas de monedas (Módulo de pilas de monedas).MMC 274 Nexus® (figura 1) ofrece tres módulos de medición diferentes [1]. El módulo ARC® se puede utilizar para estudios de riesgos térmicos; el módulo Coin-Cell está especializado en la investigación de baterías; y el módulo Scanning se puede utilizar para evaluar datos calóricos de un solo calentamiento. A diferencia de la técnica ampliamente utilizada y conocida de calorimetría diferencial de barrido (DSC), el Módulo de barrido del Calorímetro de módulo múltiple (MMC)Dispositivo calorimétrico de modo múltiple que consta de una unidad de base y módulos intercambiables. Un módulo está preparado para la calorimetría de tasa de aceleración (ARC®), el ARC®-Module. Un segundo se utiliza para pruebas de barrido (Módulo de barrido) y un tercero y cuarto están relacionados con pruebas de baterías y polímeros, farmacéuticas para pilas de monedas (Módulo de pilas de monedas).MMC puede manejar muestras de hasta un volumen de 2 ml. Para calentar las muestras, se dispone de dos opciones: una velocidad de calentamiento constante o un nivel de potencia constante. Utilizando la información sobre la potencia suministrada a la muestra y la velocidad de calentamiento, se puede calcular una señal de flujo de calor. Utilizando metales como el indio, el estaño y el bismuto, se puede determinar tanto la temperatura como la sensibilidad del instrumento. Con 1000 a 9000 mg (volumen de muestra de aproximadamente 1 ml), las masas de muestra típicas son considerablemente mayores para el Calorímetro de módulo múltiple (MMC)Dispositivo calorimétrico de modo múltiple que consta de una unidad de base y módulos intercambiables. Un módulo está preparado para la calorimetría de tasa de aceleración (ARC®), el ARC®-Module. Un segundo se utiliza para pruebas de barrido (Módulo de barrido) y un tercero y cuarto están relacionados con pruebas de baterías y polímeros, farmacéuticas para pilas de monedas (Módulo de pilas de monedas).MMC que las masas de muestra utilizadas para el DSC, que suelen estar entre 5 y 10 mg. Aún así, la incertidumbre evaluada para el módulo de barrido del Calorímetro de módulo múltiple (MMC)Dispositivo calorimétrico de modo múltiple que consta de una unidad de base y módulos intercambiables. Un módulo está preparado para la calorimetría de tasa de aceleración (ARC®), el ARC®-Module. Un segundo se utiliza para pruebas de barrido (Módulo de barrido) y un tercero y cuarto están relacionados con pruebas de baterías y polímeros, farmacéuticas para pilas de monedas (Módulo de pilas de monedas).MMC es de aproximadamente el 1% para las determinaciones de temperatura y de menos del 5% para las determinaciones de entalpía.
Este trabajo estudia el comportamiento de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición térmica del peróxido de hidrógeno (35%) empleando dos módulos Calorímetro de módulo múltiple (MMC)Dispositivo calorimétrico de modo múltiple que consta de una unidad de base y módulos intercambiables. Un módulo está preparado para la calorimetría de tasa de aceleración (ARC®), el ARC®-Module. Un segundo se utiliza para pruebas de barrido (Módulo de barrido) y un tercero y cuarto están relacionados con pruebas de baterías y polímeros, farmacéuticas para pilas de monedas (Módulo de pilas de monedas).MMC, el Módulo de Escaneo (ver figura 2) y el Módulo ARC® (ver figura 3). A través de un calentador externo que rodea directamente el recipiente de la muestra (figura 4), el Módulo de Exploración puede proporcionar a la muestra un nivel constante de potencia.
Condiciones de medición
Las condiciones de medición se resumen en la tabla 1. El peróxido de hidrógeno (Sigma Aldrich) se recibió como solución acuosa (35%) y se almacena a temperatura ambiente.
Cuadro 1: Condiciones de medición
| Módulo Calorímetro de módulo múltiple (MMC)Dispositivo calorimétrico de modo múltiple que consta de una unidad de base y módulos intercambiables. Un módulo está preparado para la calorimetría de tasa de aceleración (ARC), el ARC-Module. Un segundo se utiliza para pruebas de barrido (Módulo de barrido) y un tercero y cuarto están relacionados con pruebas de baterías y polímeros, farmacéuticas para pilas de monedas (Módulo de pilas de monedas).MMC | Escaneado | ARC® |
| Material del recipiente | Acero inoxidable | Acero inoxidable |
| Tipo de recipiente | Cerrado | Cerrado |
| Masa del recipiente | 7176.38 mg | 7233.59 mg |
| Calentamiento | Potencia constante (250 mW) | Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search es un modo de medición utilizado en los aparatos calorimétricos según la calorimetría de tasa acelerada (ARC®).HWS |
| Atmósfera | Aire | Aire |
| Tasa de gas de purga | Estática | Estática |
| Rango de temperatura | RT...250°C | RT...250°C |
| Masa de la muestra | 1031.1 mg | 1008.1 mg |
Comparación del comportamiento del H2O2, el H2Oy el recipiente vacío
Los resultados de la figura 5 presentan exclusivamente el calentamiento de la muestra. Dado que la Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno no es reversible, el oxígeno generado no se absorbe de nuevo para formar el peróxido de hidrógeno inicial durante el enfriamiento. En su lugar, los productos formados de agua y oxígeno se enfrían a temperatura ambiente como líquido y gas, respectivamente. La señal de presión indica 17,7 bares a 40°C, lo que refleja la cantidad de oxígeno que se forma durante la Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición (figura 6). Tomando la misma cantidad de agua en su lugar, la presión también aumenta durante el calentamiento, pero como el agua permanece químicamente inalterada, todo el vapor de agua precipita de nuevo durante el enfriamiento. Por eso, la línea discontinua azul, que indica la señal de presión para el agua durante el enfriamiento, muestra valores casi idénticos a los del calentamiento (líneas continuas). A modo de comparación, las líneas verdes muestran la evolución de la señal de presión durante el calentamiento y el enfriamiento para un recipiente vacío.
Ventajas del módulo de escaneado
Estos resultados obtenidos por el módulo de exploración Calorímetro de módulo múltiple (MMC)Dispositivo calorimétrico de modo múltiple que consta de una unidad de base y módulos intercambiables. Un módulo está preparado para la calorimetría de tasa de aceleración (ARC), el ARC-Module. Un segundo se utiliza para pruebas de barrido (Módulo de barrido) y un tercero y cuarto están relacionados con pruebas de baterías y polímeros, farmacéuticas para pilas de monedas (Módulo de pilas de monedas).MMC demuestran claramente que el curso discontinuo de la velocidad de calentamiento junto con la acumulación de presión son excelentes indicadores del potencial de peligro en términos de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. reacciones de descomposición o reacciones exotérmicas. Incluso con un nivel de potencia de small como 250 mW, que da lugar a una velocidad de calentamiento comparable a small de aproximadamente 1 K/min, el calentamiento para esta medición ejemplar dura menos de 4 horas. Por lo tanto, el módulo de exploración MMC es muy adecuado para ser utilizado como herramienta de detección. En los casos en que se detecte un aumento de la presión y/o la temperatura, el siguiente paso debería ser una prueba adiabática.
Calorimetría de aceleración
Los calorímetros especializados permiten investigar muestras de acuerdo con el método de calorimetría de velocidad acelerada (ARC®). Un equipo del tipo ARC® ofrece un entorno de muestra AdiabáticoAdiabático describe un sistema o modo de medición sin ningún intercambio de calor con el entorno. Este modo puede realizarse utilizando un dispositivo calorimétrico según el método de calorimetría de tasa acelerada (ARC®). El objetivo principal de un dispositivo de este tipo es estudiar escenarios y reacciones térmicas fuera de control. Una breve descripción del modo adiabático es "sin entrada de calor - sin salida de calor".adiabático para no permitir ningún intercambio de calor y detectar incluso las más pequeñas reacciones de autocalentamiento. El modo de medición típico se denomina calor-espera-búsqueda (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search es un modo de medición utilizado en los aparatos calorimétricos según la calorimetría de tasa acelerada (ARC®).HWS). La secuencia de calentamiento, equilibrio y detección de los más pequeños cambios de temperatura autoinducidos es un enfoque casi IsotérmicoLos ensayos a temperatura controlada y constante se denominan isotérmicos.isotérmico utilizado para determinar la temperatura a la que se inicia la Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. reacción de descomposición. En la figura 7 se muestra un diagrama de Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search es un modo de medición utilizado en los aparatos calorimétricos según la calorimetría de tasa acelerada (ARC®).heat-wait-search.
En la figura 3 se muestra una sección transversal de la configuración del módulo ARC® de MMC. Si se supera la velocidad de autocalentamiento de 0,02 K/min durante el periodo de detección (búsqueda), la medición cambia de Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search es un modo de medición utilizado en los aparatos calorimétricos según la calorimetría de tasa acelerada (ARC®).heat-wait-search a modo AdiabáticoAdiabático describe un sistema o modo de medición sin ningún intercambio de calor con el entorno. Este modo puede realizarse utilizando un dispositivo calorimétrico según el método de calorimetría de tasa acelerada (ARC®). El objetivo principal de un dispositivo de este tipo es estudiar escenarios y reacciones térmicas fuera de control. Una breve descripción del modo adiabático es "sin entrada de calor - sin salida de calor".adiabático. Esto significa que los calentadores circundantes (superior, lateral e inferior) ya no siguen la secuencia mencionada, sino que siguen la temperatura de la muestra. Durante este modo "AdiabáticoAdiabático describe un sistema o modo de medición sin ningún intercambio de calor con el entorno. Este modo puede realizarse utilizando un dispositivo calorimétrico según el método de calorimetría de tasa acelerada (ARC®). El objetivo principal de un dispositivo de este tipo es estudiar escenarios y reacciones térmicas fuera de control. Una breve descripción del modo adiabático es "sin entrada de calor - sin salida de calor".adiabático", no hay diferencia de temperatura y, por tanto, no hay intercambio de calor entre la muestra y el entorno del calorímetro.
H2O2 en el módulo ARC®
La figura 8 muestra los resultados de la Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de peróxido de hidrógeno (35%) investigada con el módulo ARC® del MMC empleando el modo Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search es un modo de medición utilizado en los aparatos calorimétricos según la calorimetría de tasa acelerada (ARC®).heat-wait-search. El incremento de temperatura en el calentamiento escalonado fue de 10 K y se dejó que el sistema se estabilizara durante 30 minutos durante el segmento de espera. La respuesta a la pregunta de si se detecta o no un evento ExotérmicoUna transición de muestra o una reacción es exotérmica si se genera calor.exotérmico durante el periodo de búsqueda de 10 minutos depende del umbral ExotérmicoUna transición de muestra o una reacción es exotérmica si se genera calor.exotérmico. Entre 40°C y 70°C, el autocalentamiento durante el periodo de búsqueda fue inferior a 0,02 K/min y la secuencia calor-espera-búsqueda continuó. A 80°C, el autocalentamiento detectado había superado ese umbral y, por tanto, el calorímetro pasó al modo AdiabáticoAdiabático describe un sistema o modo de medición sin ningún intercambio de calor con el entorno. Este modo puede realizarse utilizando un dispositivo calorimétrico según el método de calorimetría de tasa acelerada (ARC®). El objetivo principal de un dispositivo de este tipo es estudiar escenarios y reacciones térmicas fuera de control. Una breve descripción del modo adiabático es "sin entrada de calor - sin salida de calor".adiabático. El aumento de temperatura (ΔTobs) detectado fue de 41,5 K. Teniendo en cuenta la Inercia térmicaLa inercia térmica es equivalente al factor PHI. Ambos describen la relación entre la masa y la capacidad calorífica específica de una muestra o mezcla de muestras en comparación con la del recipiente o contenedor de muestras.inercia térmica [1], el aumento de temperatura AdiabáticoAdiabático describe un sistema o modo de medición sin ningún intercambio de calor con el entorno. Este modo puede realizarse utilizando un dispositivo calorimétrico según el método de calorimetría de tasa acelerada (ARC®). El objetivo principal de un dispositivo de este tipo es estudiar escenarios y reacciones térmicas fuera de control. Una breve descripción del modo adiabático es "sin entrada de calor - sin salida de calor".adiabático se calcula en 94,9 K (ΔTad). La diferencia se basa en el denominado Factor PHIEl factor PHI (Φ) equivale a la inercia térmica. Ambos describen la relación entre la masa y la capacidad calorífica específica de una muestra o mezcla de muestras en comparación con la del recipiente o contenedor de muestras. factor PHI, que viene dado principalmente por la relación entre la masa por la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica del recipiente y la masa por la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica de la muestra. Además del aumento de temperatura causado por el autocalentamiento de la muestra durante la Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición, también puede cuantificarse el aumento de presión. Al final del segmento AdiabáticoAdiabático describe un sistema o modo de medición sin ningún intercambio de calor con el entorno. Este modo puede realizarse utilizando un dispositivo calorimétrico según el método de calorimetría de tasa acelerada (ARC®). El objetivo principal de un dispositivo de este tipo es estudiar escenarios y reacciones térmicas fuera de control. Una breve descripción del modo adiabático es "sin entrada de calor - sin salida de calor".adiabático, el aumento de presión fue superior a 20 bares.
Conclusión
El comportamiento de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de una solución acuosa de peróxido de hidrógeno al 35% se investigó con el módulo de exploración del MMC, así como con su módulo ARC®. Dado que el módulo de exploración funciona con un nivel de potencia constante (como en este caso) o con una velocidad de calentamiento constante, estos experimentos requieren mucho menos tiempo que el método Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search es un modo de medición utilizado en los aparatos calorimétricos según la calorimetría de tasa acelerada (ARC).heat-wait-search. Por lo tanto, el Módulo de escaneadoUn módulo calorimétrico que forma parte del Calorímetro de Módulo Múltiple (MMC) que permite realizar una prueba de barrido de una muestra. Este procedimiento puede servir como prueba de cribado para detectar un potencial de peligro térmico en un tiempo de medición razonablemente corto.módulo de escaneado es una herramienta excelente para investigar muestras desconocidas con respecto a su autodescomposición o potencial peligroso. En los casos en que una muestra investigada muestre un comportamiento inestable de la temperatura durante la ejecución del escaneo, o en los casos en que una Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. reacción de descomposición esté indicada por el aumento de la presión, cualquier investigación adicional sobre las muestras debe llevarse a cabo utilizando un equipo de tipo ARC®. Valores como el aumento de presión, así como el aumento de temperatura observado y AdiabáticoAdiabático describe un sistema o modo de medición sin ningún intercambio de calor con el entorno. Este modo puede realizarse utilizando un dispositivo calorimétrico según el método de calorimetría de tasa acelerada (ARC®). El objetivo principal de un dispositivo de este tipo es estudiar escenarios y reacciones térmicas fuera de control. Una breve descripción del modo adiabático es "sin entrada de calor - sin salida de calor".adiabático, son extremadamente importantes para evaluar el potencial peligroso de las sustancias químicas y pueden obtenerse fácilmente utilizando el NETZSCH Calorímetro de Módulo Múltiple MMC 274 Nexus®.