Pureté eutectique

Pureté Eutectique : Qu'est-ce c'est ?

Un système eutectique est un mélange homogène de 2 composés qui fond et se solidifie comme une substance pure. La présence d'un composé supplémentaire (“impureté”) provoque la réduction du point de fusion du composé principal. Cet effet peut être mis en évidence avec la calorimétrie différentielle à balayage (DSC)

Pour les matériaux avec une pureté supérieure à 98.5 mol%, la DSC peut être utilisée pour déterminer la quantité d'impureté dans le mélange, ou plutôt la pureté du composé principal. La méthode est décrite dans les normes ASTM E928, DIN 51004 et DIN 51007. Pour cela, l'équation simplifiée de Van't Hoff est utilisée : 

Ts : Température de fusion du mélange  (échantillon) [°C] 
T0 : Point de fusion de la substance 100% pure [°C] 
R : Constante des gaz parfaits 
X2 : Fraction molaire de l'impureté 
ΔHf : Chaleur de fusion [J/mol] 
F : Fraction fondue 

 

Cette équation peut être réécrite de la façon suivante :

Ou comme l'équation d'une ligne dans un diagramme bidimensionnel X-Y :

y = m⋅x + b

 

Les valeurs Ts dessinées comme une fonction de 1 /F devraient suivre une ligne droite avec 

l'intersection à l'axe Y:
 

T0

Pente de la droite:

En pratique, le résultat n'est habituellement pas une ligne droite à cause de la pré-fusion qui ne peut pas être suffisamment détectée au moyen de la DSC. La linéarisation est effectuée en ajoutant un facteur de correction c à l'aire totale et à chaque aire partielle : 

Le facteur de correction c doit être inférieur à 20% pour assurer la fiabilité de la méthode. 

Courbe Ts=f(1/F) (données non-linéarisées) et données linéarisées en appliquant un facteur de correction c

La fraction molaire de l'impureté (X2) est obtenue à partir de la pente de la courbe linéarisée et avec la connaissance de la chaleur de fusion de la substance pure. 

La substance examinée doit avoir un point de fusion défini et un poids moléculaire défini. 

  • Cette méthode n'est pas applicable aux matériaux qui se décomposent pendant la fusion. 

  • Il faut nettoyer le creuset de l'échantillon en utilisant un solvant approprié puis en le chauffant. 

  • Les mesures doivent être effectuées en utilisant : 

    • une vitesse de chauffe faible, par exemple de 0.3 à 0.7°C/min (ASTM E928) ou 1°C/min (DIN 51 004/DIN 51 007). Une vitesse de chauffe plus importante peut être appliquée jusqu'à 25°C sous l´effet de fusion. 

    • une masse d'échantillon faible (environ 1 à 3 mg). 

  • Il faut repeser l'échantillon à la fin de la mesure. Si l'échantillon a perdu plus de 1% en poids, les données ne peuvent pas être acceptées. 

Exemple : Réduction du point de fusion en raison d'impuretés dans les mélanges eutectiques

  • Composé principal : Phénacétine ; 

  • Impureté : Acide p-aminobenzoïque. 

L'augmentation de la quantité d'acide p-aminobenzoïque dans le mélange conduit à une diminution de la température de fusion et à un élargissement du pic de fusion. Le mélange fond comme une substance pure. 

Courbes DSC de la phénacétine pure (vert) et de la phénacétine contenant 2 (bleu) et 5 mol% (noir) d'impureté

Méthodes associées

DSC