Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
//-->.pos {position:absolute; z-index: 0; left: 0px; top: 0px;}Kontrola jakości surowców i produktów – laboratoriumBADANIA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNYCHMATERIAŁÓWI. WprowadzenieSubstancje chemiczne na skutek zmiany temperatury otoczenia ulegają różnorodnym przemianomfizycznym i chemicznym. W przypadku substancji czystych przemiany te pozwalają na skutecznąidentyfikacje ich budowy chemicznej, a badania mieszanin – na ich analizę jakościową i ilościową. Donajczęściej badanych przemian fizycznych zależnych od temperatury należą:••zmiana ciężaru właściwego– objawiająca się zmianą objętości substancji ciekłej lub zmianąwymiaru ciała stałego (kontrakcja lub dylatacja)topnienie/krzepniecie– czyli zmiana stanu skupienia ciało stałe/ciecz. Jest cechącharakterystyczną czystych substancji chemicznych, posiadających budowę krystaliczną(zarówno nieorganicznych jak i organicznych)•mięknienie/płynięcie– jest to zjawisko zbliżone do topnienia, polegające na zmianie stanuskupienia z ciała stałego w ciecz o bardzo dużej lepkości. W tym przypadku nie możemy mówićościśleokreślonej wartości temperatury, a jedynie o jej zakresie. Za temperaturęmięknienia/płynięcia przyjmuje najczęściej dolną wartości zakresu temperaturowego. Zjawiskomięknienia/płynięcia jest charakterystyczne dla substancji lub mieszanin bezpostaciowych,składających się z molekuł o zróżnicowanej masie cząsteczkowej, np. termoplastyczne polimerysyntetyczne,•••woski,wysokowrzącefrakcjewęglowodorowepochodzeniapetro-ikarbochemicznegowrzenie/kondensacja– czyli zmiana stanu skupienia ciecz/parazmiana lepkości cieczy– w przeważającej ilości przypadków lepkość cieczy maleje wraz zewzrostem temperaturyprzejście szkliste– charakterystyczne dla ciał stałych bezpostaciowych, polegające naprzemianie substancji kruchej i sprężystej w ciało plastyczne, ulegające trwałym odkształceniompod wpływem siły zewnętrznej•przemiany alotropowe– charakterystyczne dla substancji krystalicznych, polegające naprzemianie jednej formy krystalicznej w druga (np. siarka rombowa i siarka jednoskośna,temperatura przemiany 95,6 °C)•dehydratacja– czyli utrata wody konstytucyjnej (np CuSO4·5H2O→CuSO4·3H2O, temp.99°C). Dehydratacji często towarzyszy przemiana alotropowa substancji chemicznej.1Temperatura mięknienia/płynięciaJednym z podstawowych parametrów charakteryzujących substancje krystaliczne jest temperaturatopnienia, a substancje bezpostaciowe lub o budowie polimerowej - oznaczany w sposób umowny punktmięknienia/płynięcia, czyli temperatura, w której badana substancja zmięknie wystarczająco abywypłynąć z urządzenia pomiarowego.Określenie temperatury mięknienia/płynięcia jest analizą stosunkowo prostą do przeprowadzenia alena powtarzalność, a tym samym wiarygodność wyniku oznaczenia ma wpływ szereg czynników, takichjak: szybkość ogrzewania, sposób przygotowania próbki (rozdrobnienie), sposób napełniania urządzeńpomiarowych, zastosowana metoda (aparatura).Obecnie istnieją trzy znormalizowane metody oznaczania temperatury mięknienia:•metoda Kramera-Sarnowa- polega na ogrzewaniu w określonych warunkach próbki badanejsubstancji umieszczonej w szklanej rurce, obciążonej masą 5 g rtęci i pomiarze temperatury, wktórej rtęć przebije mięknącą warstwę próbki (PN-73/C-97084).•metoda „Pierścień i Kula"- mierzy się temperaturę, w której umieszczona w pierścieniupróbka, ogrzewana w sposób znormalizowany, mięknie i pod ciężarem stalowej kuli wypłynie idotknie podstawy aparatu (PN 73/C-04021).•metoda Mettlera- za punkt mięknienia przyjmuje się temperaturę, w której mięknąca podczaspowolnego ogrzewania próbka wypływa przez otwór standardowego naczynia pomiarowego(PN-C-97067:1999).Zróżnicowany sposób oznaczania powoduje,żewyniki uzyskane każdą z tych metod różnią sięmiędzy sobą. Zależność między temperaturami mięknienia (TM) oznaczonymi metodami Kramera-Sarnowa oraz pierścienia i kuli opisuje równanie:TM(PK)= 1.04TM(KS)+ 10[oC]Porównanie temperatur mięknienia materiałów oznaczonych metodą Kramera-Sarnowa i metodąMettlera wskazuje,żekorelacja między wynikami istnieje tylko w ograniczonym zakresie. DlaTM(KS)< 90°C wartości TM(M)są o 20-22 °C wyższe. Dla materiałów o wyższych temperaturachmięknienia różnice są większe.Kalorymetryczne metody analizy termicznejWielu opisanym wcześniej przemianom fizycznym towarzyszy pochłanianie lub wydzielenie ciepła.Pozwala to na detekcję tych przemian metodami kalorymetrycznymi.Kalorymetryczne oznaczenia termofizyczne dotyczą głównie doświadczalnego wyznaczania ciepławłaściwego pod stałym ciśnieniem (Cp= (dH/dT)p) lub w stałej objętości (Cv= (dU/dT)v), zmian Cvi Cpwraz z temperaturą, współczynników rozszerzalności termicznej iściśliwości.Wyznaczane są entalpie2różnorodnych przemian fazowych, w tym entalpia parowania, entalpia sublimacji, entalpia topnienia.Kalorymetria jest jedną z najbardziej precyzyjnych i dogodnych metod badania ciał stałych poprzezwyznaczanie ich ciepeł właściwych w funkcji temperatury, przejść fazowych różnego rodzaju,diagramów fazowych. Kalorymetry są wykorzystywane do jakościowej oceny procesów egzo- iendotermicznych, jak i ilościowego określania stopnia postępu reakcji.Do często stosowanych metod analizy termicznej należą badania różnicowe. 'Termiczna analizaróżnicowa (DifferentialTermal Analysis - DTA)jest metodą, w przypadku której rejestrowana jestróżnica temperatur między substancją badaną a substancją odniesienia, jako dwóch próbek znajdującychsię wśrodowiskuogrzewanym lub chłodzonym w sposób kontrolowany. Rezultatem pomiaru jest krzywaDTA, będącą różnicą temperatur w funkcji temperatury lub czasu.Różnicowa kalorymetria skaningowa (DifferentialScanning Calorimetry - DSC)stanowi metodęanalizy termicznej, w której rejestrowana jest energia konieczna do sprowadzenia do zera różnicytemperatur badanej próbki i substancji wzorcowej w funkcji temperatury lub czasu. Podobnie jak wprzypadku DTA obie próbki są ogrzewane w sposób kontrolowany. Krzywa DSC przedstawia ilość ciepławymienianego przez próbkę w jednostce czasu (rzędna) w funkcji czasu lub temperatury (odcięta), tj.dH/dT = f(T).Kształtem krzywa DSC wykazuje dużą zgodność z krzywą DTA. Na krzywej DSCwyróżnić możemy odcinki tzw. linii podstawowej (baseline), które są przesunięte równolegle do ositemperatury o pewną niewielką wartośćdH.Oznaczają one przedziały temperatury, w których w próbcenie zachodzą procesy związane z wydzielaniem lub pochłanianiem ciepła. W momencie zajścia reakcjilub przemiany fazowej linia podstawowa przechodzi w pik. Jest to część krzywej, w której odchyla sięona od linii podstawowej a następnie do niej wraca. Pik endotermiczny powstaje wówczas, gdytemperatura próbki badanej jest niższa od wzorcowej, zaś pik egzotermiczny powstaje wówczas, gdytemperatura próbki badanej wzrasta powyżej temperatury próbki wzorcowej. W pierwszym przypadkuciepło musi zostać dostarczone do próbki badanej (pik zorientowany ku dołowi), natomiast w drugimprzypadku ciepło jest odbierane przez układ (pik zorientowany ku górze).Różnicowe kalorymetry skaningowe pod względem budowy możemy zaszeregować do dwóchtypów:kompensacyjnych i przepływowych.Kalorymetr skaningowy kompensacyjny posiada dwa pojemniki na próbkę badaną i wzorcową zukładem służącym do pomiaru różnicy temperatury między naczyniami z próbką badaną i wzorcową.Pojemniki te są zaopatrzone w dodatkowe ogrzewacze służące do wyrównywania ich temperatur.Rejestruje się energię elektryczną zużytą do utrzymywania zerowej różnicy temperatur międzynaczyniami z próbką badaną i wzorcową. Jest ona wprost proporcjonalna do ciepła pochłoniętego wtrakcie procesu, przy czym współczynnik proporcjonalności jest stały i nie zależy od temperatury.Kalorymetr skaningowy przepływowy mierzy energię cieplną przepływającą między naczynkiempomiarowym z substancją badaną a blokiem grzejnym (heatflux DSC).Służą do tego termobaterieumieszczone pod naczynkami na substancję badaną i odniesienia połączone różnicowo. W bloku piecaumieszczona jest grzałka umożliwiająca liniowe zmiany temperatury. Naczynka mają rozwiniętąpowierzchnię dolną co umożliwia dokładniejszy pomiar różnicy temperatur między naczynkiem z3substancją badaną a naczynkiem odniesienia. Dla idealnie symetrycznego układu różnica ta jestproporcjonalna do zmian przepływu ciepła związanego z badaną przemianą. Mierzony sygnałkalorymetryczny, dostępny dla użytkownika jest wyrażony w jednostkach mocy (mW lubµW).DSC jako metoda termicznej analizy pozwalająca na jakościowe i ilościowe scharakteryzowaniezmian przepływu ciepła w funkcji czasu i temperatury, dokonującego się w trakcie zmianfizykochemicznych w warunkach ogrzewania próbki, charakteryzuje się szeregiem zalet, do którychzaliczyć można krótki czas analizy (często ok. 30 min), łatwość w przygotowaniu próbki, szeroki zakrestemperatury badanych przemian, możliwość ilościowego scharakteryzowania zachodzących reakcji,minimalne wymagania co do ilości próbki (przeważnie kilka miligramów), dużą czułość - DSC pozwalana rejestrowanie przemian fazowych, którym towarzyszą słabe efekty cieplne (transformacja stanuszklistego, przemiany polimorficzne, krystalizacja).II. CelćwiczeniaCelemćwiczeniajest zapoznanie studenta z możliwościami zastosowania aparatury do pomiarutemperatury mięknienia oraz różnicowego kalorymetru skaningowego (DSC) przy badaniu takichwłaściwości fizykochemicznych materiałów jak: temperatura mięknienia/płynięcia, temperatury przejściaszklistego, przemian alotropowych oraz dehydratacji.III. Oznaczanie temperatury mięknienia metodą MettleraZasada metodyZasada metody polega na pomiarze temperatury, w której badana próbka ogrzewana w atmosferzepowietrza w stałych warunkach (2°C/min) wypływa z cylindrycznego naczynia pomiarowego ośrednicyotworu wypływowego 6,35 mm (1/4 cala) i po spłynięciu w dół na odległość 20 mm przerywa wiązkęświatław dolnej części urządzenia pomiarowego.Aparatura i przyrządyOznaczenie wykonuje się w aparacie Mettler FP90, w którym głównymi elementami pomiarowymi są:-piec ogrzewany elektrycznie-naczynie pomiarowe z uchwytem i tuleją wykonane ze stopu miedź-cynk lub stali chromo-niklowej-termometr oporowy o zakresie od 50 do 375 °C-źródło światłai fotokomórkaPrzekrój schematyczny komory pomiarowej oraz naczynie pomiarowe przedstawiono na rysunkach 2 i 3.4Rys. 2Schemat aparatuRys. 3Naczynie pomiarowePrzygotowanie próbki do badańNaczynia pomiarowe mogą być napełniane próbką w stanie płynnym lub stałym. Sposób napełniania(masa próbki) ma duży wpływ na wyniki pomiarów, ponieważ w warunkach oznaczania próbki płyną podwłasnym ciężarem.Wykonanie oznaczeniaNaczynie pomiarowe z próbką ustawić na płytce o gładkiej powierzchni i połączyć z uchwytem oraztuleją aparatu.Zaprogramować temperaturę początkową i końcową pomiaru oraz szybkość ogrzewania zgodnie zinstrukcją obsługi aparatu (patrz Załącznik 1).Temperatura początkowa pomiaru powinna być niższa o 20 -25°C od przewidywanej temperaturymięknienia; szybkość ogrzewania wynosi 2°C/min; czas dochodzenia do temperatury początku pomiaru(czas oczekiwania) powinien wynosić 30 s. W momencie uzyskania gotowości aparatu naczynie z próbkąumieścić w piecu, obracając tak długo aż nastąpi zazębienie tulejki przyjmującej. Po czasie około 30 srozpocząć pomiar. Zarejestrowane temperatury odczytać z dokładnością do 0,1°C. Po pomiarze szybkowyciągnąć próbkę z pieca, Po schłodzeniu można przystąpić do następnego pomiaru.Za wynik oznaczenia przyjąćśredniąarytmetyczną wyników co najmniej dwóch oznaczeńróżniących się nie więcej niż o 0,5°C, zaokrągloną do 0,1°C.W przypadku próbki o nieznanej temperaturze mięknienia wykonać pomiar orientacyjny przyszybkości ogrzewania 10°C/min. Ponieważ oznaczona temperatura mięknienia zależy od szybkościogrzewania, otrzymany wynik może być wyższy od właściwej temperatury mięknienia o około 1 5 -4 0 °C.5zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl hannaeva.xlx.pl