anlisis trmicos y tg

Click here to load reader

Post on 03-Jul-2015

185 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

ANLISIS TRMICOS

Anlisis trmicos

Para que sirvenAbarca al grupo de tcnicas en las que se mide una propiedad fsica de un sistema (sustancia o un material) en funcin de la temperatura mientras se le somete a un programa de temperatura controlado.

Para que se usanEstos mtodos encuentran una amplia aplicacin tanto en el aseguramiento de la calidad as como en la investigacin de productos farmacuticos, arcillas y minerales, metales y aleaciones, polmeros y plsticos.

Anlisis trmicos Determinacin del Anlisis Trmicos (AT)

Estabilidad Trmica de una Sustancia. Agua libre (humedad). Agua ligada (de cristalizacin). Retencin de solventes. Pureza de una Sustancia. Punto de Ebullicin. Punto de Fusin. Calores de transicin. Calores especficos. Inflamabilidad.

Caracterizacin de Catalizadores Caracterizacin de minerales Caracterizacin de fibras Control de productos cermicos Transiciones vtreas Control de la calidad de polmeros Reacciones metal-gas Cristalizacin Cambios de color Cintica de reacciones.

Anlisis trmicos

Mtodos de Anlisis Trmico

Tcni Termogravimetra (Anlisis Termog

Anlisis trmicos INSTRUMENTAL

Factores que afectan los resultados de un Anlisis Trmico

MUESTRA Masa.

Velocidad de calentamiento. Atmsfera del horno y razn de flujo. Geometria del portamuestra y del horno. Material del portamuestra.

Tamao de partcula. Historia de la muestra/ pretratamiento. Empacado. Conductividad trmica. Calor de reaccin.

Anlisis trmicosLimitaciones fsicas en el proceso de calentamiento

Conveccin a travs de la atmsfera circundante

Intercambio de Gases : Los gases que reaccionan quedan adentro , los productos afuera Radiacin de la pared del horno

Conduccin a travs de la muestra , el contenedor y el instrumento

Indicacin de la temperatura de la muestra

PROCESO PESO Adicin o absorcin. Desorcin, secado. Deshidratacin, desolvatacin. Sublimacin. Vaporizacin. Descomposicin.

GANANCIA DE PESO

Reacciones Slido- slido (algnas). Reacciones Slido-gas. Transiciones magnticas .

Anlisis trmicosPRDIDA DE

Anlisis termogravimtrico

Anlisis termogravimtrico

Para que sirveTERMOGRAMA (Curva de descomposicin trmica)El anlisis termogravimtrico tiene sus principales aplicaciones en el estudio de precipitados gravimtricos para la determinacin de diversos aniones y cationes (Ca2+, Ba2+, Sr2+, Mg2+, Fe3+, Ag+, Ni2+, SO4=, CO3=, Cl-, etc.), el establecimiento de patrones primarios para anlisis volumtricos y el estudio de minerales y polmeros.

Para que se usaSe registra continuamente la masa de una muestra, colocada en una atmsfera controlada, en funcin de la temperatura o del tiempo al ir aumentando la temperatura de la muestra (normalmente de manera lineal con el tiempo). La representacin de la masa o del porcentaje de masa en funcin del tiempo o de la temperatura.

Permite la diferenciacin entre agua adsorbida y agua constitucional, la determinacin del grado de pureza de una muestra y la realizacin de determinaciones cuantitativas de mezclas.

Cada polmero suele presentar un patrn de descomposicin caracterstico, lo que puede permitir su identificacin. Existen publicados termogramas para numerosos compuestos orgnicos e inorgnicos.

El anlisis de los gases liberados suministra informacin de utilidad para la determinacin de estructuras de los compuestos. Este anlisis puede realizarse por cromatografa de gases con detector de conductividad trmica.

Termobalanz a (1-100g). Un cambioen la masa de la muestra provoca una desviacin del brazo, que cierra el paso de la luz entre una lmpara y uno de los dos fotodiodos. El desequilibrio resultante en la corriente fotodidica se amplifica y alimenta la bobina E, que est situada entre los polos de un imn permanente F. El campo magntico generado por la corriente en la bobina devuelve al brazo su posicin original. La corriente se recoge y transforma en informacinsobre la masa o prdida de masa en el sistema de adquisicin de datos.

IN S T R U M E N TA C I NHorno (Hasta 1500 C) Se pueden variar las velocidades de calentamiento o enfriamiento del horno desde aprox. cero hasta valores como 200 C/min. Para evitar la transferencia de calor a la balanza es necesario aislar y refrigerar el exterior del horno.

Microprocesador para el control del instrumento

TERMOPAR: Consta de un par de uniones que se forman soldando los Gas de purga extremos de dos piezas de un metal como el Bi, a otro Normalmente se metal distinto como en Sb. utiliza Nitrgeno Entre las dos uniones se o Argn para genera un potencial que purgar el horno y vara en funcin de su evitar la diferencia de temperatura. oxidacin de lamuestra.

Tambin utiliza un ordenador para el control de rutina de la temperatura, que compara automticamente la tensin de salida del termopar con una tabla que se almacena en la memoria ROM y que relaciona las tensiones con las temperaturas.

Qu es una termobalanza?

Anlisis termogravimtrico

Dispositivo preparado para medida simultnea del peso de una muestra y la temperatura a la que se somete. Adems, ha de ser capaz de: Calentar a una velocidad determinada (1-200 C/min) Controlar la atmsfera a la que se somete la muestra Adquirir datos de T, t y w (peso o fraccin de peso) Temperaturas mximas (Tmax): Horno de Platino 1400 C Horno de Rodio 1800 C Horno de Wolframio 2800 C (explosivos) Temperatura muestras: 100 200 C < Tmax Calentamiento: resistencias elctricas Control: termopares Peso: balanza

InstrumentacinENTRADA DE GAS GAS-TIGHT ENCLOSURE MUESTRA

PESO

CONTROLADOR DE LA BALANZA

CALENTADOR

TEMPERATURA DE LA MUESTRA TEMPERATURA DEL HORNO

ENCENDIDO

PROGRAMADOR DE TEMPERATURA

Anlisis termogravimtricoPREPARACIN DE LA MUESTRAExiste diferencia al calentar un slido en forma de cristales individuales, o como polvo o en masa. No es conveniente trabajar con grandes cantidades de masa, la temperatura en la misma no resulta homognea. Trabajar con cantidades pequeas de masa protege al aparato explosiones o deflagraciones fortuitas. La muestra, siempre que sea posible, se prepara de forma dispersa y uniforme en el contenedor, con lo que facilita el desprendimiento de gases de la misma.

Se puede trabajar en atmsferas de gases inertes, oxidantes, reductores o corrosivos.

Anlisis termogravimtricoPreparacin de muestra En general, la preparacin de una muestra para realizar anlisis termogravimtrico no conlleva dificultades. Para manipulacin de muestra y situarla en el interior del horno de la balanza termogravimtrica. Se adiciona una cantidad relativamente pequea de muestra sobre una cpsula de platino y sta se suspende, mediante un soporte, de un alambre en forma de gancho quedando finalmente en el interior del horno que a su vez est aislado del exterior mediante un tubo de vidrio. La propia termobalanza se utiliza para pesar la masa inicial de muestra.

INTERPRETACIN DE CURVAS Tipo ( i ).La muestra no sufre descomposicin con prdida de productos voltiles en el rango de temperatura mostrado. Pudiera ocurrir reacciones tipo: transicin de fase, fundido, polimerizacin.

Tipo ( ii ).

Una rpida prdida de masa inicial caracterstica de procesos de desorcin o secado.

es

Tipo ( iii ).

Esta curva representa la descomposicin de la muestra en un proceso simple. La curva se puede utilizar para definir los lmites de estabilidad del reactante, determinar la estequiometra e investigar la cintica de las reacciones.

Tipo ( iv ).

Se indica una descomposicin multietapa con intermedios relativamente estables. Se puede definir los lmites de estabilidad del reactante e intermedios, y de forma ms compleja la estequiometra la reaccin.

Tipo ( v ).

Tambin indica una descomposicin multietapa, pero los productos intermedios no son estables, y poca informacin se obtiene de la estequiometra de la reaccin.

Tipo ( vi ).

Se observa una ganancia de masa como consecuencia de la reaccin de la muestra con la atmsfera que la rodea.

Tipo ( vii ).

El producto de una reaccin de oxidacin se descompone a temperaturas ms elevadas: 2 Ag + O2 -- Ag2O -- 2 Ag + O2

TERMOGRAMAINFORMACIN APLICACIONES

a) Conocer el rango de estabilidad trmica de los materiales: problemas de los peligros de almacenamiento de explosivos, periodo de vigencia de los frmacos, condiciones de secado de tabaco y cultivos. b) Conocer, mediante el uso de una atmsfera de Curva TG del compuesto aire u oxgeno, las condiciones en que se CuSO4 5H2O. oxidan los metales o se degradan los polmeros. c) Las curvas TG de materiales complejos, minerales y polmeros, no son fciles de interpretar, pero sin embargo se utilizan como patrones de identificacin que constituyen una base de datos. d) Se puede determinar la cintica de una reaccin a partir de la curva TG de un compuesto cuando esta describe un proceso bien definido, ej: la estequiometria de deshidratacin de un hidrato. De este modo se calcula la energa de activacin, y a partir de ella extrapolar las condiciones de reaccin de un compuesto a baja o alta temperatura (estimar la vida media de un compuesto, resistencia a la humedad, comportamiento de los explosivos, etc.)

Anlisis cuantitativo de una mezcla de iones calcio, estroncio y bario, que se han precipitado como los oxalatos monohidratados. La masa en el intervalo de temperatura entre 320 y 400 C corresponde a la de los tres compuestos anhidros, CaC2O4, SrC2O4 y BaC2O4, mientras que la masa entre 580 y 620 C corresponde al peso de los tres carbonatos. El cambio de peso en las dos siguientes etapas es debido a la prdida de dixido de carbono, formndose primero CaO y a continuacin SrO. Del termograma se obtienen suficientes datos para calcular el peso de cada uno de los tres elementos presentes en la muestra.

La Figura corresponde a la derivada del termograma mostrado en la Figura anterior. Los sistemas de adquisicin de datos de los instrumentos ms modernos son capaces de proporcionar esta curva al igual que la del termograma convencional. La curva derivada puede proporcionar informacin que no es detectable en un termograma ordinario. Por ejemplo, los tres picos a 140, 180 y 205 C sugieren que los tres hidratos pierden humedad a diferentes temperaturas, sin embargo, todos parecen perder simultneamente monxido de carbono y, por tanto, dan un nico pico a 450 C.

Anlisis termogravimtrico

Recomendaciones a seguir, como son:

q Identificacin de todas las sustancias (muestra, referencia, diluyentes...).

qq Exhaustiva descripcin del experimento: peso inicial de muestra,

q Velocidad de calefaccin y/o enfriamiento, tamao de partcula...

q Origen, pretratamientos y pureza de la muestra.

q Tipo y composicin de la atmsfera de la muestra (vaco, presin) y flujo de gas.

q Dimensiones, geometra y naturaleza del portamuestras.

q Marca y modelo del instrumento utilizado, sealando la localizacin del termopar.