Estudi de la dissolució a temperatura ambient

Es deixa una determinada quantitat de la dissolució a temperatura ambient durant uns dies. D’aquesta manera es podran estudiar els precipitats que es formen. A continuació es facilita un resum a la taula 28.

Mostra a temperatura ambient

Mostra Temps [dies] Atmosfera Massa de la mostra [mg]

Massa del residu [mg]

Dissolució de PEG amb nitrats

3 aire 1007.34 437.87

Taula 28 - Resum mostra a temperatura ambient

S’observa que el producte final obtingut en aquest assaig és molt viscós i de color blavós transparent. Per tal d’analitzar les diferents etapes del procés de descomposició durant el primer tractament tèrmic es sotmetrà aquesta mostra a un estudi de termogravimetria.

9.4.1.1 Discussió dels resultats de l’estudi de termogravimetria

Durant la realització dels experiments termogravinomètrics s’ha observat que si es posa molta quantitat de la mostra, quan té lloc la reacció, es produeix una autocombustió en despendre’s un pic de calor, és a dir la descomposició del PEG amb els òxids es produeix de cop. El que realment interessa és veure les diferents reaccions que es van produint durant el procés. S’ha optat, llavors, per posar una quantitat més reduïda de

producte amb l’objectiu de veure les reaccions que es van produint però una a una. Això s’aconsegueix gràcies a que al posar menys quantitat de mostra no s’escalfa tant el producte i les reaccions es produeixen de manera separada. Primer reacciona el CuO, després l’Y2O3 i, per últim, el BaCO3. Aquest ordre ve establert per la estabilitat dels òxids, sent el CuO el menys estable i el BaCO3 el més estable.

Com s’ha comentat, es realitza un estudi de termogravimetria de la mostra que s’ha deixat precipitar durant un temps de tres dies a temperatura ambient. Es fan dos assajos, un per a veure com es produeix la combustió instantània en posar la mostra molt comprimida per a afavorir que aquesta tingui lloc i, un altre en el qual la mostra està menys comprimida per a que la combustió no tingui lloc i es puguin apreciar totes les reaccions que tenen lloc de manera separada.

Per a realitzar l’escalfament i obtenir els corresponents termogrames es farà ús del forn SETSYS. El procediment per a obtenir la corba final és fer un primer escalfament i després un segon sobre la mateixa mostra per a d’obtenir el blanc. El que interessa en aquest cas és el termograma que representa la massa que es va perdent en funció de la temperatura, és a dir el TGA.

 Assaig 1: Tractament tèrmic de la mostra sense arribar a l’autocombustió

Estudi de termogravimetria 1

Mostra Temperatura del tractament

[ºC]

Velocitat d’escalfament

[K/min]

Atmosfera Massa de la mostra [mg]

Massa del residu [mg]

Dissolució a temperatura

ambient

500 20 N2 18.561 6.422

Taula 29 - Resum de l'estudi de termogravimetria realitzat a la mostra que ha reposat durant tres dies a temperatura ambient

D’aquest assaig es sap que teòricament la massa final obtinguda hauria de ser un 34.6%

de la massa inicial, per això a la taula 29 consta el valor de 6.442 mg de massa final. No obstant, amb el termograma que s’obté de realitzar el tractament tèrmic es calcula la massa perduda experimentalment, és a dir la que realment es perd.

100 200 300 400 500

40 50 60 70 80 90 100

Etapa de descomposició 93.60 %

% massa (%)

Temperatura (ºC)

41.40 %

Etapa d'evaporació

Figura 69 - Corba de % de massa

Si s’observa la corba de la isoterma (figura 69) amb deteniment, s’aprecia que després de l’etapa de descomposició es passa de tenir el 93.60 % de massa inicial a un 41.40

% d’aquesta. Una altra manera de confirmar si hi ha hagut descomposició, es basa en observar quin percentatge de massa de la mostra inicial s’ha perdut. Si es sap el tant per cent que perd el PEG quan descompon completament, es podrà confirmar si té lloc o no la reacció de descomposició. Quan PEG es descompon completament el valor del percentatge de massa final ha de ser un 34.6% de la massa inicial. Si es determina el tant per cent perdut en el termograma es pot deduir si s’ha produït la descomposició. El percentatge de la massa extret de la corba experimental es calcula seguint l’equació 5.

% 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 =^𝑚𝑓_𝑚𝑖 (Eq. 5)

% 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 =𝑚𝑓

𝑚𝑖 = 41.40 %

Com es pot observar en aquest cas, s’ha obtingut una massa final corresponent al 41.40

% de la massa inicial. Aquest resultat indica que encara queda PEG per a oxidar ja que

si es compara el valor de la massa final que s’ha obtingut experimentalment amb la teòrica, s’observa que la quantitat de la massa final experimental és superior.

 Assaig 2: Tractament tèrmic de la mostra arribant a l’autocombustió

En aquest assaig s’ha propiciat la combustió en posar la mostra més comprimida en el gresol. Seguidament, a la taula 30, es poden observar les variables del tractament tèrmic.

Estudi de termogravimetria 2 Mostra Temperatura

del tractament [ºC]

Velocitat d’escalfament

[K/min]

Atmosfera Massa de la mostra [mg]

Massa del residu [mg]

Dissolució precipitada a

temperatura ambient

500 20 N2 13.564 4.435

Taula 30 - Resum de l'estudi de termogravimetria realitzat a la mostra que ha reposat durant tres dies a temperatura ambient

El valor teòric de la massa final obtinguda hauria de ser d’un 32.7 % de la massa inicial, per aquesta raó la massa final té un valor teòric de 6.442 mg (taula 30). A continuació, gràcies al termograma obtingut al realitzar el tractament tèrmic s’obté el percentatge de la massa final obtinguda experimentalment, és a dir la massa que realment resta després d’haver realitzat l’assaig.

100 200 300 400

40 50 60 70 80 90 100

Etapa de descomposició Autocombustió

34.98 % 51 %

% massa (%)

Temperatura (ºC)

Etapa d'evaporació 90.85 %

Figura 70 - Corba de % de massa

Si s’analitza la corba de la isoterma obtinguda (figura 70), s’aprecia un gran salt en el percentatge de massa passant de tenir el 90.85 % de la massa inicial a tenir el 51 % d’aquesta. Aquest gran esgraó es dóna a causa de l’autocombustió que fa que es produeixin totes les reaccions a l’hora. Per a confirmar si hi ha hagut descomposició, s‘observa quin percentatge de massa de la mostra inicial s’ha perdut. Si es sap el tant per cent que perd el PEG quan descompon completament, es podrà confirmar si es produeix o no la reacció de descomposició completa. Teòricament, quan el PEG es descompon completament el valor del percentatge de massa calculat és del 32.7 %, és a dir la massa final tindrà un valor del 32.7 % de la massa inicial. Si es compara aquest percentatge teòric amb el del termograma (figura 70) es pot deduir no s’ha produït la descomposició. El valor del percentatge de massa extret de la corba experimental és:

% 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 =𝑚𝑓

𝑚𝑖 = 34.98 %

Si es compara el valor de la massa final que s’ha obtingut experimentalment amb la teòrica, s’observa que la quantitat de la massa final experimental és un 13.59 % superior

respecte la teòrica, fet que indica que el PEG no s’ha descompost per complet, és a dir encara queda PEG per a oxidar.

Amb els dos assajos que s’han realitzat es pot fer un anàlisis del comportament que presenta el PEG en realitzar un tractament tèrmic a la dissolució precursora. S’observa en els dos termogrames el procés típic d’evaporació que té lloc entre els 100 i 150 ºC i en el qual s’elimina l’H2O (Tebullició = 100 ºC) present a la mostra. Posteriorment, es comença amb la descomposició del PEG. S’ha vist que aquesta descomposició seria complerta a temperatures superiors als 500 ºC tant si es produeix l’autocombustió a on totes les reaccions es produeixen de manera simultània o, si pel contrari, les reaccions de descomposició es van produint lentament en no produir-se la combustió de la mostra.

No obstant, s’ha pogut observar una petita diferència entre els dos assajos i és que quan es produeix la combustió la reacció de descomposició s’accelera lleugerament.

9.4.2 Analitzar una gota de la dissolució tractada a 100 ºC amb el microscopi