Purezza di una miscela eutettica

Purezza di una miscela eutettica: di cosa si tratta?

Un sistema eutettico è una miscela di 2 (o più) componenti che fonde e solidifica come una singola sostanza pura. L‘aggiunta al componente princapale di altri componenti („impurezze“) provoca la riduzione del suo punto di fusione. Questo fenomeno può essere evidenziato con la calorimetria differenziale a scansione (differential scanning calorimetry, DSC).  

Per materiali con un grado di purezza superiore al 98.5% (frazione molare), la DSC può essere utilizzata per determinare il livello di impurezze presenti nella miscela, ovvero il grado di purezza del componente principale. La metodica è descritta nelle norme ASTM E928, DIN 51004 e DIN 51007, nelle quali si sfrutta l’equazione di Van´t Hoff in forma semplificata:  

Ts: Temperatura di fusione della miscela in esame [K] 
T0: Temperatura di fusione del componente puro [K]  
R: Costante dei gas [J/mol.K]
X2: Frazione molare dell’impurezza 
ΔHf: Calore (entalpia) di fusione [J/mol] 
F: Calore (entalpia) di fusione [J/mol] 

 

Quest‘ equazione può essere riarrangiata:  

che può essere vista come l’equazione di una retta in un diagramma bidimensionale x-y:  

y = m⋅x + b

 

in cui il valore Ts, espresso in funzione di 1 /F, darà una retta con 

  • Intercetta sull’asse y:

 

T0

coefficiente angolare (pendenza) :    

Nella realtà il risultato generalmente non è una linea retta a causa di innumerevoli trasformazioni su scala sub-microscopica che avvengono all’interno del campione durante il riscaldamento prima della fusione e che non vengono „visti“ dalla DSC. Viene quindi effettuata una linearizzazione della curva sperimentale aggiungendo all’equazione un fattore di correzione c, aggiunto sia all’area totale che a quella parziale:  

Il fattore di correzione c deve essere minore del 20% per avere dei risultati attendibili dal metodo.  

Curve Ts=f(1/F): dati non non-linearizzati (grigio) e linearizzati applicando il fattore di correzione c (verde).

La frazione molare delle impurezze è ricavata dalla pendenza della curva linearizzata, una volta nota l’entalpia di fusione della sostanza pura.  

La sostanza in analisi dovrebbe avere un ben definito punto di fusione e un peso molecolare noto. 

  • Questo metodo non è applicabile ai materiali che decompongono prima di fondere;  

  • Il crogiolo in cui viene posto il campione deve essere adeguatamente pulito e sottoposto ad un ciclo di pre-riscaldamento;  

  • Le misure dovrebbero essere eseguite seguendo  

    • un riscaldamento lento (tra 0.3 - 0.7 K/min (ASTM E928) e 1 K/min (DIN 51 004/DIN 51 007)). Cicli più veloci si possono usare fino al massimo 25°C al dis sotto del punto di fusione.  

    • piccole quantità di campione (ca. 1 - 3 mg)

  • Il campione dovrebbe essere ripesato dopo la prova: se si hanno perdite maggiori all‘1% in peso, i dati non sono accettabili. 

Esempio: effetto delle impurezze sull‘abbassamento del punto di fusione di miscele eutettiche

  • Componente principale: fenacetina;  

  • Impurità: acido p-amminobenzoico  

L’incremento della quantità di acido p-amminobenzoico nella miscela causa un decremento del punto di fusione e un allargamento del picco, mentre la miscela fonde come una sostanza pura.  

Curve DSC della fenacetina pura (verde) e della miscela con 2 e 5% (fraz. Molare) di impurezze (ac. P-amminobenzoico).

Metodi correlati

DSC