Peróxido de hidrogênio
O peróxido de hidrogênio puro (H2O2) é um líquido azul claro, misturável em qualquer proporção com água. As soluções aquosas de baixa porcentagem são amplamente usadas como agentes de branqueamento devido às suas fortes propriedades oxidantes. Além do branqueamento de madeira, papel ou cabelo, as soluções de peróxido de hidrogênio também são usadas como agentes oxidantes ou em aplicações médicas como desinfetantes. A tendência do peróxido de hidrogênio de se decompor em água e oxigênio (veja a equação 1 abaixo) é a razão de sua aplicação como propelente líquido em motores de foguete.
(equação 1)
Calorímetro de múltiplos módulos (MMC)
O NETZSCH Multiple Module Calorimeter Calorímetro de múltiplos módulos (MMC)Um dispositivo de calorímetro de modo múltiplo que consiste em uma unidade de base e módulos intercambiáveis. Um módulo é preparado para calorimetria de taxa acelerada (ARC®), o ARC®-Module. Um segundo é usado para testes de varredura (Scanning Module) e um terceiro e quarto estão relacionados a baterias e polímeros, testes farmacêuticos para células tipo moeda (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® (figura 1) oferece três módulos de medição diferentes [1]. O módulo Calorimetria de taxa acelerada (ARC)O método que descreve os procedimentos de teste isotérmico e adiabático usados para detectar reações de decomposição termicamente exotérmicas.ARC® pode ser usado para estudos de risco térmico; o módulo Coin-Cell é especializado na investigação de baterias; e o módulo Scanning pode ser usado para avaliar dados calóricos de uma única execução de aquecimento. Em contraste com a técnica amplamente utilizada e conhecida de calorimetria de varredura diferencial (DSC), o módulo de varredura do Calorímetro de múltiplos módulos (MMC)Um dispositivo de calorímetro de modo múltiplo que consiste em uma unidade de base e módulos intercambiáveis. Um módulo é preparado para calorimetria de taxa acelerada (ARC®), o ARC®-Module. Um segundo é usado para testes de varredura (Scanning Module) e um terceiro e quarto estão relacionados a baterias e polímeros, testes farmacêuticos para células tipo moeda (Coin Cell Module).MMC pode lidar com amostras de até 2 ml de volume. Para aquecer as amostras, há duas opções disponíveis: uma taxa de aquecimento constante ou um nível de potência constante. Ao usar informações sobre a potência fornecida à amostra e a taxa de aquecimento, é possível calcular um sinal de fluxo de calor. Usando metais como índio, estanho e bismuto, é possível determinar a temperatura e a sensibilidade do instrumento. De 1.000 a 9.000 mg (volume de amostra de cerca de 1 ml), as massas de amostra típicas são consideravelmente mais altas para o Calorímetro de múltiplos módulos (MMC)Um dispositivo de calorímetro de modo múltiplo que consiste em uma unidade de base e módulos intercambiáveis. Um módulo é preparado para calorimetria de taxa acelerada (ARC®), o ARC®-Module. Um segundo é usado para testes de varredura (Scanning Module) e um terceiro e quarto estão relacionados a baterias e polímeros, testes farmacêuticos para células tipo moeda (Coin Cell Module).MMC do que as massas de amostra usadas para DSC, que normalmente ficam entre 5 e 10 mg. Mesmo assim, a incerteza avaliada para o módulo de varredura do Calorímetro de múltiplos módulos (MMC)Um dispositivo de calorímetro de modo múltiplo que consiste em uma unidade de base e módulos intercambiáveis. Um módulo é preparado para calorimetria de taxa acelerada (ARC®), o ARC®-Module. Um segundo é usado para testes de varredura (Scanning Module) e um terceiro e quarto estão relacionados a baterias e polímeros, testes farmacêuticos para células tipo moeda (Coin Cell Module).MMC é de cerca de 1% para determinações de temperatura e menos de 5% para determinações de entalpia.
Este trabalho estuda o comportamento da Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição térmica do peróxido de hidrogênio (35%) empregando dois módulos Calorímetro de múltiplos módulos (MMC)Um dispositivo de calorímetro de modo múltiplo que consiste em uma unidade de base e módulos intercambiáveis. Um módulo é preparado para calorimetria de taxa acelerada (ARC®), o ARC®-Module. Um segundo é usado para testes de varredura (Scanning Module) e um terceiro e quarto estão relacionados a baterias e polímeros, testes farmacêuticos para células tipo moeda (Coin Cell Module).MMC, o módulo de varredura (veja a figura 2) e o módulo Calorimetria de taxa acelerada (ARC)O método que descreve os procedimentos de teste isotérmico e adiabático usados para detectar reações de decomposição termicamente exotérmicas.ARC® (veja a figura 3). Por meio de um aquecedor externo que circunda diretamente o recipiente da amostra (figura 4), o Scanning Module pode fornecer à amostra um nível constante de energia.
Condições de medição
As condições de medição estão resumidas na tabela 1. O peróxido de hidrogênio (Sigma Aldrich) foi recebido como uma solução aquosa (35%) e é armazenado em temperatura ambiente.
Tabela 1: Condições de medição
Comparação do comportamento de H2O2, H2Oe recipiente vazio
Os resultados da figura 5 apresentam exclusivamente o aquecimento da amostra. Como a Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. reação de decomposição do peróxido de hidrogênio não é reversível, o oxigênio gerado não é absorvido novamente para formar o peróxido de hidrogênio inicial durante o resfriamento. Em vez disso, os produtos formados de água e oxigênio são resfriados à temperatura ambiente como um líquido e um gás, respectivamente. O sinal de pressão indica 17,7 bar a 40°C, o que reflete a quantidade de oxigênio formada durante a Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição (figura 6). Considerando a mesma quantidade de água, a pressão também aumenta durante o aquecimento, mas como a água permanece quimicamente inalterada, todo o vapor de água se precipita novamente durante o resfriamento. É por isso que a linha azul tracejada, que indica o sinal de pressão da água durante o resfriamento, mostra valores quase idênticos aos do aquecimento (linhas sólidas). Apenas para comparação, as linhas verdes mostram o curso do sinal de pressão durante o aquecimento e o resfriamento de um recipiente vazio.
Vantagens do módulo de digitalização
Esses resultados obtidos pelo Calorímetro de múltiplos módulos (MMC)Um dispositivo de calorímetro de modo múltiplo que consiste em uma unidade de base e módulos intercambiáveis. Um módulo é preparado para calorimetria de taxa acelerada (ARC), o ARC-Module. Um segundo é usado para testes de varredura (Scanning Module) e um terceiro e quarto estão relacionados a baterias e polímeros, testes farmacêuticos para células tipo moeda (Coin Cell Module).MMC Scanning Module demonstram claramente que o curso descontínuo da taxa de aquecimento, juntamente com o acúmulo de pressão, são excelentes indicadores do potencial de perigo em termos de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. reações de decomposição ou reações exotérmicas. small Mesmo em um small nível de potência como 250 mW, resultando em uma taxa de aquecimento comparável de aproximadamente 1 K/min, o aquecimento para essa medição exemplar leva menos de 4 horas. Portanto, o MMC Scanning Module é adequado para ser usado como uma ferramenta de triagem. Nos casos em que for detectado aumento de pressão e/ou temperatura, a próxima etapa deverá ser um teste AdiabáticoAdiabático descreve um sistema ou modo de medição sem nenhuma troca de calor com o ambiente. Esse modo pode ser realizado usando um dispositivo de calorímetro de acordo com o método de calorimetria de taxa acelerada (ARC®). O principal objetivo desse dispositivo é estudar cenários e reações de fuga térmica. Uma breve descrição do modo adiabático é "sem entrada de calor - sem saída de calor".adiabático.
Calorimetria de taxa acelerada
Calorímetros especializados permitem a investigação de amostras de acordo com o método de calorimetria de taxa acelerada (Calorimetria de taxa acelerada (ARC)O método que descreve os procedimentos de teste isotérmico e adiabático usados para detectar reações de decomposição termicamente exotérmicas.ARC®). Um equipamento do tipo Calorimetria de taxa acelerada (ARC)O método que descreve os procedimentos de teste isotérmico e adiabático usados para detectar reações de decomposição termicamente exotérmicas.ARC® oferece um ambiente de amostra AdiabáticoAdiabático descreve um sistema ou modo de medição sem nenhuma troca de calor com o ambiente. Esse modo pode ser realizado usando um dispositivo de calorímetro de acordo com o método de calorimetria de taxa acelerada (ARC®). O principal objetivo desse dispositivo é estudar cenários e reações de fuga térmica. Uma breve descrição do modo adiabático é "sem entrada de calor - sem saída de calor".adiabático para não permitir nenhuma troca de calor e para detectar até mesmo as smallmelhores reações de autoaquecimento. O modo de medição típico é chamado de heatwait-search (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search é um modo de medição usado em dispositivos de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC®).HWS). A sequência de aquecimento, equilibrapamento e detecção até mesmo das smallmelhores mudanças de temperatura autoinduzidas é uma abordagem quase isotérmica usada para determinar a temperatura na qual a Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. reação de decomposição começa. Um diagrama que descreve o site Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search é um modo de medição usado em dispositivos de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC®).heat-wait-search é mostrado na figura 7.
Uma seção transversal da configuração do módulo Calorimetria de taxa acelerada (ARC)O método que descreve os procedimentos de teste isotérmico e adiabático usados para detectar reações de decomposição termicamente exotérmicas.ARC® da MMC é mostrada na figura 3. Se a Taxa de autoaquecimentoUm tipo especial de dispositivo calorímetro é usado para detectar a taxa de autoaquecimento de uma substância. O método relacionado é chamado de calorimetria de taxa acelerada (ARC®). taxa de autoaquecimento de 0,02 K/min for excedida durante o período de detecção (search), a medição muda do modo Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search é um modo de medição usado em dispositivos de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC®).heat-wait-search para o modo AdiabáticoAdiabático descreve um sistema ou modo de medição sem nenhuma troca de calor com o ambiente. Esse modo pode ser realizado usando um dispositivo de calorímetro de acordo com o método de calorimetria de taxa acelerada (ARC®). O principal objetivo desse dispositivo é estudar cenários e reações de fuga térmica. Uma breve descrição do modo adiabático é "sem entrada de calor - sem saída de calor".adiabático. Isso significa que os aquecedores ao redor (superior, lateral e inferior) não seguem mais a sequência mencionada acima, mas acompanham a temperatura da amostra. Durante esse modo "AdiabáticoAdiabático descreve um sistema ou modo de medição sem nenhuma troca de calor com o ambiente. Esse modo pode ser realizado usando um dispositivo de calorímetro de acordo com o método de calorimetria de taxa acelerada (ARC®). O principal objetivo desse dispositivo é estudar cenários e reações de fuga térmica. Uma breve descrição do modo adiabático é "sem entrada de calor - sem saída de calor".adiabático", não há diferença de temperatura e, portanto, não há troca de calor entre a amostra e o ambiente do calorímetro.
H2O2 no módulo ARC®
A Figura 8 mostra os resultados da Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição do peróxido de hidrogênio (35%) investigada com o módulo Calorimetria de taxa acelerada (ARC)O método que descreve os procedimentos de teste isotérmico e adiabático usados para detectar reações de decomposição termicamente exotérmicas.ARC® do MMC empregando o modo Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search é um modo de medição usado em dispositivos de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC®).heat-wait-search. O incremento de temperatura no aquecimento gradual foi de 10 K e o sistema foi estabilizado por 30 minutos durante o segmento de espera. A resposta à pergunta sobre se um evento ExotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é exotérmica se houver geração de calor.exotérmico é ou não detectado durante o período de 10 minutos search depende do limiar ExotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é exotérmica se houver geração de calor.exotérmico. Entre 40°C e 70°C, o autoaquecimento durante o período de search foi inferior a 0,02 K/min e a sequência heatwait-search continuou. A 80 °C, o autoaquecimento detectado ultrapassou esse limite e o calorímetro mudou para o modo AdiabáticoAdiabático descreve um sistema ou modo de medição sem nenhuma troca de calor com o ambiente. Esse modo pode ser realizado usando um dispositivo de calorímetro de acordo com o método de calorimetria de taxa acelerada (ARC®). O principal objetivo desse dispositivo é estudar cenários e reações de fuga térmica. Uma breve descrição do modo adiabático é "sem entrada de calor - sem saída de calor".adiabático. O aumento de temperatura (ΔTobs) foi detectado como sendo de 41,5 K. Levando em conta a Inércia térmicaA inércia térmica é equivalente ao fator PHI. Ambos descrevem a relação entre a massa e a capacidade de calor específica de uma amostra ou mistura de amostras em comparação com a do recipiente ou contêiner de amostras.inércia térmica [1], o aumento de temperatura adiabática é calculado como sendo de 94,9 K (ΔTad). A diferença é baseada no chamado Fator PHIO fator PHI (Φ) é equivalente à inércia térmica. Ambos descrevem a relação entre a massa e a capacidade de calor específica de uma amostra ou mistura de amostras em comparação com a do recipiente ou recipiente de amostras. fator PHI, que é dado principalmente pela razão entre a massa vezes a capacidade de calor específica do contêiner e a massa vezes a capacidade de calor específica da amostra. Além do aumento de temperatura causado pelo autoaquecimento da amostra durante a Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição, o aumento de pressão também pode ser quantificado. No final do segmento AdiabáticoAdiabático descreve um sistema ou modo de medição sem nenhuma troca de calor com o ambiente. Esse modo pode ser realizado usando um dispositivo de calorímetro de acordo com o método de calorimetria de taxa acelerada (ARC®). O principal objetivo desse dispositivo é estudar cenários e reações de fuga térmica. Uma breve descrição do modo adiabático é "sem entrada de calor - sem saída de calor".adiabático, o aumento da pressão foi superior a 20 bar.
Conclusão
O comportamento de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição de uma solução aquosa de peróxido de hidrogênio a 35% foi investigado com o módulo de varredura do MMC e também com o módulo Calorimetria de taxa acelerada (ARC)O método que descreve os procedimentos de teste isotérmico e adiabático usados para detectar reações de decomposição termicamente exotérmicas.ARC®. Como o Scanning Module é operado usando um nível constante de potência (como foi o caso aqui) ou uma taxa de aquecimento constante, esses experimentos consomem muito menos tempo do que o método Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search é um modo de medição usado em dispositivos de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC).heat-wait-search. Portanto, o Scanning Module é uma excelente ferramenta de triagem para investigar amostras desconhecidas com relação à autodecomposição ou ao potencial perigoso. Nos casos em que uma amostra investigada apresentar comportamento de temperatura instável durante a execução da varredura, ou nos casos em que uma Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. reação de decomposição for indicada pelo aumento de pressão, qualquer investigação adicional nas amostras deverá ser realizada com equipamento do tipo ARC®. Valores como o aumento de pressão e o aumento de temperatura adiabática e observada são extremamente importantes na avaliação do potencial perigoso de produtos químicos e podem ser facilmente obtidos com o Calorímetro de Múltiplos Módulos MMC 274 NETZSCH Nexus® .