Pendahuluan
Meskipun teknik analisis seperti EDX atau ICP-MS memberikan analisis rinci tentang unsur-unsur kimia, misalnya, yang terdapat dalam sampel garam [1], metode analisis termal juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan mengkarakterisasi senyawa kimia yang berbeda yang ada dalam sampel tersebut. Analisis termal simultan (STA), yang mengacu pada termogravimetri (TGA) dan kalorimetri pemindaian diferensial (DSC) yang dilakukan secara simultan dalam satu percobaan, misalnya, digunakan untuk menyelidiki bahan baku semen termasuk keberadaan dan dampak pengotor garam logam alkali [2]. Contoh lainnya adalah proses peleburan dan Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik dari bahan pengubah fasa (phase change material/PCM) natrium nitrat, NaNO3, yang dipelajari melalui DSC [3].
Penelitian ini berkaitan dengan pengukuran STA pada NaCl, KCl, garam dapur biasa dan yang disebut garam Himalaya di mana peleburan, PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan parsial, dan analisis komposisi garam menjadi fokusnya. Garam alkali seperti NaCl (halite) dan KCl (sylvite) memainkan peran penting dalam kehidupan sehari-hari. Sementara NaCl adalah komponen utama dalam garam meja atau garam dapur, KCl, misalnya, dapat digunakan sebagai garam jalan di musim dingin. Garam Himalaya yang berasal dari Pakistan adalah garam alami yang mengandung - bersama dengan NaCl - berbagai mineral dan oksida seperti Fe2O3 [1], yang bertanggung jawab atas warna agak merah muda (lihat foto di atas).
Eksperimental
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan STA 449 F5 Jupiter® (lihat gambar 1). Instrumen ini, yang memiliki tungku SiC yang memungkinkan suhu sampel maksimum 1600°C, secara opsional dapat dilengkapi dengan pengubah sampel otomatis (ASC) dan teknik penggabungan untuk analisis gas yang berkembang seperti MS, FT-IR, atau GC-MS. Kisaran penimbangan timbangan selebar 35 g dengan resolusi timbangan 0,1 μg di seluruh rentang. Keuntungan lain dari STA 449 F5 Jupiter® adalah fungsionalitas perangkat lunak TG-BeFlat® yang secara otomatis memperhitungkan efek daya apung sehingga pengukuran awal tidak lagi diperlukan untuk pengujian standar.
Kondisi pengukuran yang diterapkan untuk pekerjaan ini dirangkum dalam tabel 1.
Tabel 1: Kondisi pengukuran yang diterapkan untuk pekerjaan ini
Kondisi Pengukuran | |
|---|---|
| Instrumen | STA 449 F5 Jupiter® |
| Pembawa sampel | TGA-DSC tipe S |
| Cawan lebur | PtRh (0,19 ml) |
| Laju pemanasan | 10 K / mnt |
| Massa sampel | 23 ± 1 mg |
| Suasana | N2 |
| Laju aliran gas pembersih | 70 ml / menit |
Sampel NaCl [4] dan KCl [5] keduanya memiliki kemurnian nominal 99,8% sedangkan tidak ada informasi mengenai kemurnian yang tersedia untuk garam meja dan garam Himalaya. Semua sampel diukur sebagai lapisan tipis butiran yang hanya menutupi bagian bawah wadah; bahan sampel tidak ditumbuk atau dipadatkan.
Hasil dan Pembahasan
Digambarkan dalam gambar 2 adalah perubahan massa yang bergantung pada suhu dan laju aliran panas sampel NaCl. Pada suhu awal yang diekstrapolasi sebesar 802,1°C, efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik dengan suhu puncak 813°C dan entalpi 480 J/g diamati, yang dapat dikaitkan dengan peleburan sampel. Suhu awal, yang mencerminkan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh, cocok dengan nilai literatur 801°C; entalpi 480 J/g juga cocok dengan nilai panas fusi 484 J/g yang ditemukan dalam literatur [6]. Di atas sekitar 800°C, terjadi kehilangan massa sebesar 0,9%, yang disebabkan oleh PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan parsial sampel.
Hasil STA untuk sampel KCl ditunjukkan pada gambar 3. Sekali lagi, peleburan dan PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan parsial diamati; Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh, terdeteksi pada 771,4 ° C, sesuai dengan nilai literatur 772 ° C dan nilai entalpi 361 J / g sekali lagi sesuai dengan nilai 351 J / g yang dilaporkan dalam referensi [6].
Ditampilkan pada gambar 4 adalah hasil STA yang diperoleh untuk sampel garam dapur, yang jelas berbeda dengan hasil yang diperoleh untuk sampel NaCl murni (bandingkan gambar 4 dan 2): Permulaan puncak DSC utama adalah pada 797,2°C dan dengan demikian jauh di bawah nilai 802,1°C yang diamati untuk NaCl murni; juga, efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik tambahan terdeteksi pada suhu permulaan yang diekstrapolasi sebesar 724°C. Entalpi efek peleburan utama sebesar 499 J/g berada pada kisaran yang sama dengan nilai 480 J/g yang diamati untuk NaCl murni, sedangkan entalpi efek pertama hanya 6 J/g. Hasil ini menunjukkan bahwa garam meja - seperti yang diharapkan - bukan NaCl murni; kurva DSC yang ditemukan untuk sampel garam meja biasanya diamati untuk campuran garam biner [7]. Dalam hal ini, NaI-NaCl dengan konsentrasi NaI dalam kisaran persentase yang lebih rendah adalah kandidat yang paling mungkin [7].
Hasil STA yang diperoleh untuk garam Himalaya yang ditunjukkan pada gambar 5a dan 5b bahkan lebih kompleks daripada hasil untuk garam meja. Hal ini sudah dapat dilihat pada langkah-langkah kehilangan massa 0,06%, 0,07%, 0,05%, 0,05%, 0,17%, dan 0,10% yang diamati di bawah suhu 700 °C hanya untuk sampel garam Himalaya (lihat gambar 5b). Di bawah sekitar 400°C, sinyal DSC menunjukkan efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik yang berkorelasi - dan yang disebabkan oleh langkah-langkah kehilangan massa; rincian seperti suhu puncak dan entalpi dapat dilihat pada gambar 5b. Kehilangan massa di bawah sekitar 200°C kemungkinan besar disebabkan oleh pelepasan uap air dan dehidrasi gipsum (campuran CaSO4∙2H2Odan CaSO4∙½H2O) dengan perkiraan konsentrasi dalam kisaran di bawah satu persen. Antara sekitar 200°C dan 400°C, langkah kehilangan massa dapat disebabkan oleh dekomposisi berbagai karbonat sementara langkah kehilangan massa pada kisaran 450°C dapat disebabkan oleh dehidrasi Ca(OH)2. Untuk interpretasi lebih lanjut dari langkah-langkah kehilangan massa, analisis gas yang berkembang jelas akan sangat membantu [8]. Hasil DSC pada suhu di atas sekitar 580°C juga sangat kompleks (lihat gambar 5b): Setidaknya ada tujuh efek DSC EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik yang terdeteksi. Puncak utama pada 799°C sekali lagi kemungkinan besar disebabkan oleh campuran biner kaya NaCl seperti NaI-NaCl, KCl-NaCl [7] atau Na2CO3- NaCl [7, 9], yang juga merupakan tempat asal puncak DSC pada 712°C. Efek DSC yang tersisa antara 580°C dan 720°C mungkin disebabkan oleh proses peleburan beberapa iodida, fluorida, klorida, karbonat atau sulfat dan campurannya dengan NaCl atau KCl [7, 10]. Sebagai contoh, puncak DSC pada 587°C dapat disebabkan oleh CaI2 atau K2SO4, puncak tajam pada 690°C dapat disebabkan oleh KI dan puncak pada 679°C dapat disebabkan oleh transformasi struktural Fe2O3 [10]. Rincian lebih lanjut seperti suhu puncak dan entalpi dapat dilihat pada gambar 5b. Kehilangan massa garam Himalaya sebesar 2,74% di atas 700°C (lihat gambar 5a), yang sekali lagi disebabkan oleh PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan parsial, secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan sampel lain yang diteliti.
Kesimpulan
Penyelidikan NaCl, KCl, garam meja dan garam Himalaya dengan menggunakan STA 449 F5 Jupiter® menunjukkan bahwa instrumen ini sangat cocok untuk mempelajari zat seperti garam alkali dan campurannya. Khususnya sinyal DSC, yang dengan sangat jelas mencerminkan proses peleburan dan transformasi fasa lainnya, memungkinkan penyelidikan diagram fasa melalui suhu peleburan dan bahkan entalpi. Sinyal TGA menunjukkan tidak hanya PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan sampel tetapi juga langkah-langkah kehilangan massa karena Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian, misalnya, zat pengotor yang dapat diidentifikasi dan dikuantifikasi dalam beberapa kasus.