الأكسدة
جدول المحتويات
الأكسدة هي عملية كيميائية تحدث عند فقدان الإلكترونات من جزيء أو ذرة أو أيون. في سياق المسعرات، غالبًا ما يتم تحليل الأكسدة على أنها تحليل حراري يتضمن احتراق المواد أو تحللها لإطلاق الطاقة في صورة حرارة.
كالوريمتر المسح التفاضلي (DSC)
هي تقنية يمكن استخدامها لتوصيف هذه العملية لأنها تقيس التدفق الحراري المرتبط بأكسدة العينة أثناء التسخين أو التبريد. ويستند المبدأ وراء قياس الأكسدة باستخدام DSC (قياس المسح التفاضلي بالحرارة) على الطبيعة الطاردة للحرارة لتفاعلات الأكسدة.
في DSC، يمكن دراسة الأكسدة بشكل متساوي الحرارة أو غير متساوي الحرارة. بالنسبة لدراسات الأكسدة المتساوية الحرارة، يتم ضبط درجة حرارة بوتقة عينة DSC على درجة حرارة ثابتة ويتم رصد أكسدة العينة بمرور الوقت.
يُشار إلى بداية الأكسدة عادةً بظهور ذروة طاردة للحرارة في منحنى DSC، والتي تتوافق مع إطلاق الحرارة مع تأكسد العينة. ويطلق على الوقت الذي تحدث فيه الذروة الطاردة للحرارة وقت تحريض الأكسدة (OIT) وهو مقياس لمقاومة العينة للأكسدة. هذه الطريقة موضحة في الشكل 1.
في دراسات الأكسدة غير المتساوية الحرارة، تزداد درجة حرارة خلية DSC بمعدل ثابت ويتم رصد أكسدة العينة كدالة لدرجة الحرارة.
يكتشف جهاز DSC ذروة طاردة للحرارة في منحنى DSC عندما تتأكسد العينة وتنطلق الحرارة. ويشار إلى درجة الحرارة التي تحدث عندها القمة باسم درجة حرارة بداية الأكسدة (OOT).
وتظهر الطريقة في الشكل 2. يعد OOT مقياسًا للاستقرار الحراري للعينة ويستخدم لتقييم الاستقرار التأكسدي للمواد.
باختصار، من خلال قياس زمن تحريض الأكسدة (OIT) أو درجة حرارة بداية الأكسدة (OOT) عند درجات حرارة مختلفة، يمكن تحديد طاقة التنشيط للأكسدة، مما يوفر معلومات حول الاستقرار الحراري للعينة.
يمكن أيضًا استخدام DSC لتقييم تأثيرات مضادات الأكسدة والمواد المضافة الأخرى على الثبات التأكسدي للعينات، وهو أمر مهم لجودتها ومدة صلاحيتها.
يمكن أيضًا استخدام DSC لتحديد طاقة التنشيط للأكسدة، وهو مقياس للطاقة اللازمة لبدء عملية الأكسدة.
يمكن حساب طاقة التنشيط باستخدام معادلة أرهينيوس التي تربط معدل التفاعل الكيميائي بدرجة الحرارة التي يحدث عندها. يمكن تحديد طاقة التنشيط للأكسدة عن طريق قياس زمن تحريض الأكسدة (OIT) أو درجة حرارة بداية الأكسدة (OOT) عند درجات حرارة مختلفة ورسم البيانات على مخطط أرهينيوس.
يُستخدم ميل الخط الناتج لحساب طاقة التنشيط للأكسدة. يمكن تحليل منحنى DSC لتحديد مختلف البارامترات المتعلقة بالأكسدة، مثل درجة الحرارة الابتدائية ودرجة حرارة الذروة وحرارة الأكسدة.
تُعد كل من OIT و OOT معيارين مهمين لتقييم ثبات أكسدة المواد، ويمكن مقارنة فعالية مضادات الأكسدة، خاصةً في البوليمرات.
يشير طول فترة الأكسدة الافتراضية أو ارتفاع فترة الأكسدة التشغيلية إلى ثبات تأكسدي أكبر ومقاومة للتدهور. تشمل العوامل التي يمكن أن تؤثر على دقة قياسات DSC للأكسدة إعداد العينة والأجهزة والظروف التجريبية، مثل معدل التسخين والغلاف الجوي.
يمكن استخدام التحليل الحراري لدراسة أكسدة المعادن في جو يحتوي على الأكسجين حيث يتشكل أكسيد معدني ويمكن ملاحظة الزيادة في الكتلة المعتمدة على درجة الحرارة أو الوقت باستخدام تقنيات مثل TGA.
التحلل أثناء الأكسدة
المراجع:
- Stephen M. Hsua and Chun-I Chenb, A chemical kinetics model to predict the diesel engine performance.Part II. إجراءات الاختبار على مقاعد البدلاء: Tribology Letters, Vol. 14, No. 2, February 2003.
- B. Wunderlich, Thermal Analysis of Polymeric Materials. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005.
- G. W. Ehrenstein, G. Riedel and P. Trawiel, Thermal analysis of plasticics: Theory and practice. ميونيخ: هانسر، 2004.
- اللدائن – المسح الضوئي التفاضلي للمواد البلاستيكية – المسح الحراري التفاضلي (DSC)، ISO 11357-6، 2008.
- محبوبة إسلام، وآنا كازماريك، وجولانتا توماشيفسكا-غراس، قياس السعرات الحرارية بالمسح التفاضلي كأداة لتقييم حالة أكسدة الزيوت المضغوطة على البارد خلال فترة التخزين: مجلة قياس الأغذية وتوصيفها (2023) 17:6639-6651.
