Introduction
La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) permet non seulement de déterminer les températures de transformation des phases, mais aussi de quantifier les enthalpies de transformation. Les échantillons sont généralement analysés dans des creusets en aluminium avec un couvercle percé, sous pression atmosphérique et dans un flux de gaz de purge constant. Avec des instruments modifiés - où la cellule de mesure est installée dans un autoclave (un DSC dit de pression) - des mesures dans une plage de pression comprise entre 5 kPa et 15 MPa sont également possibles [1]. Dans cette note d'application, les liquides sont analysés du point de vue de leur comportement d'évaporation dans cette plage de pression.
L'évaporation des liquides avant qu'ils n'atteignent la température d'ébullition et l'équilibre entre le liquide et le gaz pendant l'ébullition étant des paramètres critiques qui peuvent avoir une influence négative sur la réaction et l'évaluation ultérieure, des creusets spéciaux ont été utilisés pour ces mesures. Une bonne expérience a été faite avec ces creusets en aluminium soudés à froid avec un trou défini sur small d'un diamètre de 50 μm.
L'équation d'Antoine décrit la relation entre la pression de vapeur saturante d'une substance pure et la température :
où P est la pression en bar, T est la température en K et les variables A, B et C sont des constantes spécifiques aux composants. Celles-ci ne peuvent toutefois pas être utilisées pour décrire l'ensemble du processus de la courbe du point d'ébullition d'une substance. C'est pourquoi il existe plusieurs ensembles de paramètres pour la plage allant du point triple au point critique.
Le tableau suivant résume les liquides étudiés : eau, cyclohexane, acétate d'éthyle et isopropanol pour la plage de validité des données bibliographiques utilisées :
Tableau 1 : Plage de température et coefficients de l'équation d'Antoine [3, 4, 5]
| Substance | Plage de température [K] | Plage de température [°C] | A | B | C |
|---|---|---|---|---|---|
| H2O | 313 ... 385 | 40 ... 112 | 6.1680 | 1397.2 | -48.097 |
| C6H12 | 323 ... 523 | 50 ... 250 | 4.1398 | 1316.5 | -35.581 |
| C4H8O2 | 288 ... 348 | 15 ... 75 | 4.2280 | 1245.7 | -55.189 |
| C3H8O | 395 ... 508 | 122 ... 235 | 4.5779 | 1221.4 | -87.474 |
Résultats
L'eau
Les résultats sur l'eau distillée pour la plage de pression supérieure à la pression atmosphérique sont présentés dans la figure 1 (la pression est indiquée par des lignes pointillées) ; la figure 2 décrit la plage de pression entre 45 mbar et 236 mbar. La figure 3 montre la bonne concordance entre les données de la littérature [2] (ASTM E782) et toutes les valeurs de mesure déterminées.
Cyclohexane
Les résultats pour le cyclohexane dans la gamme de température entre -20°C et 300°C (figure 4) comprennent à la fois l'ébullition et la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion. Il en résulte un segment du diagramme de phase, présenté dans la figure 5. La figure 6 illustre la comparaison avec la littérature [3].
Acétate d'éthyle
Les résultats pour l'acétate d'éthyle sont présentés dans les figures 7 et 8. Les valeurs de la littérature sont cependant des valeurs extrapolées puisque le domaine de validité de l'équation d'Antoine de [4] est limité à l'intervalle entre 15°C et 75°C (288 K à 348 K, ce qui correspond aux valeurs réciproques de température de 0,00347 à 0,00287).
Isopropanol
Les figures 9 et 10 montrent les résultats des mesures et la comparaison avec les valeurs de la littérature [5] pour l'isopropanol.
Résumé
La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) - combinée à la possibilité de variations de pression dans la cellule de mesure - permet d'étudier la dépendance à la pression des transformations de phase. Les résultats concernant la transition liquide-gazeuse des substances étudiées, l'eau, le cyclohexane, l'acétate d'éthyle et l'isopropanol, sont en très bon accord avec la littérature.