Ossidazione
Indice dei contenuti
L’ossidazione è un processo chimico che si verifica quando gli elettroni vengono persi da una molecola, un atomo o uno ione. Nel contesto della calorimetria, l’ossidazione viene spesso analizzata come un’analisi termica, che comporta la combustione o la decomposizione di sostanze per rilasciare energia sotto forma di calore.
La calorimetria differenziale a scansione (DSC)
è una tecnica che può essere utilizzata per caratterizzare questo processo in quanto misura il flusso di calore associato all’ossidazione di un campione durante il riscaldamento o il raffreddamento. Il principio alla base della misurazione dell’ossidazione con la DSC (Calorimetria Differenziale a Scansione) si basa sulla natura esotermica delle reazioni di ossidazione.
Con la DSC, l’ossidazione può essere studiata in modo isotermico o non isotermico. Per gli studi di ossidazione isotermica, la temperatura del crogiolo del campione DSC viene impostata a una temperatura costante e l’ossidazione del campione viene monitorata nel tempo.
L’inizio dell’ossidazione è tipicamente indicato dalla comparsa di un picco esotermico nella curva DSC, che corrisponde al rilascio di calore durante l’ossidazione del campione. Il momento in cui si verifica il picco esotermico è chiamato tempo di induzione dell’ossidazione (OIT) ed è una misura della resistenza del campione all’ossidazione. Il metodo è illustrato nella Fig. 1.
Negli studi di ossidazione non isotermica, la temperatura della cella DSC viene aumentata a velocità costante e l’ossidazione del campione viene monitorata in funzione della temperatura.
Il dispositivo DSC rileva un picco esotermico nella curva DSC quando un campione si ossida e viene rilasciato calore. La temperatura in cui si verifica il picco viene definita temperatura di inizio ossidazione (OOT).
Il metodo è illustrato nella Fig. 2. L’OOT è una misura della stabilità termica del campione e viene utilizzato per valutare la stabilità ossidativa dei materiali.
In sintesi, misurando il tempo di induzione dell’ossidazione (OIT) o la temperatura di insorgenza dell’ossidazione (OOT) a diverse temperature, è possibile determinare l’energia di attivazione dell’ossidazione, che fornisce informazioni sulla stabilità termica del campione.
La DSC può essere utilizzata anche per valutare gli effetti degli antiossidanti e di altri additivi sulla stabilità ossidativa dei campioni, importante per la loro qualità e durata.
La DSC può essere utilizzata anche per determinare l’energia di attivazione dell’ossidazione, che è una misura dell’energia necessaria per avviare il processo di ossidazione.
L’energia di attivazione può essere calcolata utilizzando l’equazione di Arrhenius, che mette in relazione la velocità di una reazione chimica con la temperatura a cui avviene. L’energia di attivazione dell’ossidazione può essere determinata misurando il tempo di induzione dell’ossidazione (OIT) o la temperatura di insorgenza dell’ossidazione (OOT) a diverse temperature e tracciando i dati su un diagramma di Arrhenius.
La pendenza della linea risultante viene utilizzata per calcolare l’energia di attivazione dell’ossidazione. La curva DSC può essere analizzata per determinare vari parametri relativi all’ossidazione, ad esempio la temperatura iniziale, la temperatura di picco e il calore di ossidazione.
Sia l’OIT che l’OOT sono parametri importanti per valutare la stabilità all’ossidazione dei materiali e l’efficacia degli antiossidanti può essere confrontata, soprattutto nei polimeri.
Un OIT più lungo o un OOT più alto indicano una maggiore stabilità ossidativa e resistenza alla degradazione. I fattori che possono influenzare l’accuratezza delle misurazioni DSC per l’ossidazione includono la preparazione del campione, la strumentazione e le condizioni sperimentali, come la velocità di riscaldamento e l’atmosfera.
L’analisi termica può essere utilizzata per studiare l’ossidazione dei metalli in un’atmosfera contenente ossigeno, dove si forma un ossido metallico e l’aumento di massa in funzione della temperatura o del tempo può essere osservato con tecniche come la TGA.
Decomposizione durante l'ossidazione
Riferimenti:
- Stephen M. Hsua e Chun-I Chenb, Un modello di cinetica chimica per prevedere le prestazioni di un motore diesel. Procedure di prova al banco: Tribology Letters, Vol. 14, No. 2, Febbraio 2003.
- B. Wunderlich, Analisi termica dei materiali polimerici. Berlino, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005.
- G. W. Ehrenstein, G. Riedel e P. Trawiel, Analisi termica delle materie plastiche: teoria e pratica. Monaco di Baviera: Hanser, 2004.
- Plastica – Calorimetria differenziale a scansione (DSC), ISO 11357-6, 2008.
- Mahbuba Islam, Anna Kaczmarek e Jolanta Tomaszewska-Gras, Differential scanning calorimetry as a tool to assess the oxidation state of cold-pressed oils during shelf-life: Journal of Food Measurement and Characterization (2023) 17:6639-6651.
