Calorimetria differenziale a scansione

Nelle linee generali la calorimetria è una metodologia analitica che quantifica il calore coinvolto in un determinato processo come una reazione chimica o un passaggio di stato.

Ci si può avvalere della calorimetria per determinare la variazione di entalpia ΔH associata al processo. Se tale valore è negativo il processo è esotermico e si ha sviluppo di calore, mentre se il valore di ΔH è positivo il processo è endotermico e avviene con assorbimento di calore. Il calorimetro, dispositivo utilizzato per tali determinazioni, è un sistema chiuso separato dall’ambiente circostante in cui può essere trasmesso il calore ma la massa dell’analita rimane costante.

La calorimetria può essere condotta a pressione o volume costante e permette di monitorare la variazione di temperatura associata al processo.
La calorimetria differenziale a scansione è un particolare tipo di calorimetria che si avvale di una sostanza di riferimento e di una sostanza campione che vengono poste in due ambienti diversi. La sostanza di riferimento è posta in un alloggiamento ed è in genere costituita dal solo solvente, mentre nell’altro alloggiamento viene posta la stessa quantità di solvente a cui è stata aggiunta la sostanza campione.

La variazione di entalpia del solvente è la stessa in entrambi gli alloggiamenti quindi ogni differenza tra i due deve essere imputata alla presenza dell’analita.

Il principio di funzionamento della DSC si basa sulla richiesta di uguaglianza tra le temperature del riferimento e del campione; allo scopo unità di riscaldamento e sensori di temperatura distinti sono incorporati nei portacampioni stessi. La differenza nelle temperature rivelata dai sensori fornisce un segnale di correzione per le potenze delle unità di riscaldamento incaricate di realizzare la coincidenza tra le temperature.

I due crogioli vengono riscaldati in modo che le loro temperature rimangano uguali in tal modo qualunque variazione di temperatura che si verifica è dovuta a fenomeni che si verificano nella sostanza da analizzare; in tal caso verrà fornito calore all’alloggiamento che ha la temperatura più bassa. Nel corso dell’esperimento un sistema di termocoppie rileva i dati di temperatura inviandoli a un elaboratore che genera l’output che è detto termogramma differenziale che ha la temperatura sull’asse delle ascisse e la differenza di calore rispetto a una data temperatura sull’asse delle ordinate.
Un tipico termogramma è rappresentato in figura:
termogramma
esso indica la variazione di energia quando le temperature delle due celle vengono gradualmente incrementate. Una reazione endotermica provoca un aumento di energia quando la temperatura aumenta in quanto viene richiesto ulteriore calore per far avvenire la reazione e mantenere costante la temperatura. Quando avviene una reazione esotermica si verifica l’effetto opposto in quanto viene richiesta una minore energia di riscaldamento stante il calore sviluppato dalla reazione.
La calorimetria differenziale a scansione può essere usata per la determinazione della capacità termica specifica, della temperatura di fusione, di cristallizzazione e dell’entalpia ad esse associata, della temperatura di transizione vetrosa, del percento di cristallinità, della cinetica della reazione, della purezza del materiale. Viene utilizzata sia per analisi qualitative confrontando termogrammi realizzati in condizioni analoghe con campioni noti che per analisi quantitative avvalendoci dell’area sottostante le curve che sono proporzionali alla quantità di sostanza presente. L’integrale del picco fornisce la variazione totale di entalpia del processo:

∫(dH/dT)specie = ΔHspecie

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Author: Chimicamo

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