Inledning
Differentiell skanningskalorimetri (DSC) möjliggör inte bara bestämning av fasomvandlingstemperaturer utan även kvantifiering av omvandlingsentalpier. Proverna analyseras i allmänhet i aluminiumdeglar med ett genomborrat lock under atmosfärstryck i ett konstant reningsgasflöde. Med modifierade instrument - där mätcellen är installerad i en autoklav (en så kallad tryck-DSC) - är mätningar i ett tryckområde mellan 5 kPa och 15 MPa dessutom möjliga [1]. I den här applikationsnoten analyseras vätskor med avseende på deras avdunstningsbeteende i detta tryckområde.
Eftersom avdunstningen av vätskor innan de når koktemperaturen och jämvikten mellan vätska och gas under kokningen är kritiska parametrar, som kan ha negativ inverkan på reaktionen och den senare utvärderingen, användes speciella deglar för dessa mätningar. Goda erfarenheter gjordes med dessa kallsvetsade aluminiumdeglar med ett small defi nierat hål med en diameter på 50 μm.
Antoine-ekvationen beskriver förhållandet mellan mättnadsångtrycket för ett rent ämne och temperaturen:
där P är trycket i bar, T är temperaturen i K och variablerna A, B och C är komponentspecifika konstanter. Dessa kan dock inte användas för att beskriva hela förloppet av kokpunktskurvan för ett ämne. Därför finns det flera parameteruppsättningar för området från trippelpunkten till den kritiska punkten.
I följande tabell sammanfattas de undersökta vätskorna vatten, cyklohexan, etylacetat och isopropanol för giltighetsområdet för de använda litteraturuppgifterna:
Tabell 1: Temperaturområde och koefficienter för Antoine-ekvationen [3, 4, 5]
| Ämne | Temperaturområde [K] | Temperaturområde [°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 |
Resultat
Vatten
Resultaten på destillerat vatten för tryckområdet över atmosfärstryck visas i figur 1 (tryck visas med streckade linjer); figur 2 visar tryckområdet mellan 45 mbar och 236 mbar. Figur 3 visar den goda överensstämmelsen mellan litteraturdata från [2] (ASTM E782) och alla fastställda mätvärden.
Cyklohexan
Resultaten för cyklohexan i temperaturområdet mellan -20°C och 300°C (figur 4) omfattar både kokning och Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smältning. Detta resulterar i segmentet av fasdiagrammet, som presenteras i figur 5. Figur 6 visar jämförelsen med litteraturen [3].
Etylacetat
Resultaten för etylacetat visas i figurerna 7 och 8. Litteraturvärdena är dock extrapolerade värden eftersom giltighetsområdet för Antoine-ekvationen från [4] är begränsat till intervallet mellan 15°C och 75°C (288 K till 348 K, vilket motsvarar de reciproka temperaturvärdena 0,00347 till 0,00287).
Isopropanol
Figurerna 9 och 10 visar mätresultaten och jämförelsen med litteraturvärden [5] för isopropanol.
Sammanfattning
Differentiell skanningskalorimetri (DSC) - i kombination med möjligheten till tryckvariationer i mätcellen - gör det möjligt att undersöka tryckberoendet i fasomvandlingar. Resultaten för vätske-gasövergången för de undersökta ämnena, vatten, cyklohexan, etylacetat och isopropanol, överensstämmer mycket väl med litteraturen.