Методод дериватографического анализа. Определение выхода оксида кальция из известняка при прокалке
В процессе нагревания веществ происходит целый ряд физико-химических превращений:
- выделение физически и химически связанной воды,
- выделение сорбированных и химически связанных газов,
- химические реакции с поглощением и выделением тепла,
- взаимодействие вещества с газообразными компонентами окружающей среды
и другие процессы, сопровождающиеся изменением массы, фазового состава и температуры конденсированной фазы.
Для одновременного количественного обнаружения этих явлений используются приборы комплексного термогравиметрического и дифференциально-термического анализа, одним из которых является ДЕРИВАТОГРАФ [1]. В основе дериватографического анализа лежит одновременная регистрация зависимостей от времени t температуры образца (кривая Т), разности температур исследуемого и эталонного образцов (кривая дифференциального термического анализа - ДТА), массы образца (кривая термогравиметрии - ТГ) и ее производной по времени (кривая дифференциальной термогравиметрии - ДТГ) в условиях запрограммированного изменения температуры. Название дериватография происходит от латинского derivatus – отклоненный и греческого grapho – писать. Под эталонным образцом здесь подразумевается термически инертное вещество, не претерпевающее в изучаемом температурном диапазоне никаких фазовых изменений под влиянием тепла, но создающее условия теплопередачи, почти тождественные условиям, в которых находится исследуемое вещество. В качестве такого эталонного вещества наиболее часто используется прокаленный до 1500° С оксид алюминия Al2O3. При записи дериватограммы образец и эталон нагреваются обычно с постоянной скоростью, лежащей в диапазоне1-20°С/мин.
|
|
|
Метод дериватографического анализа был предложен в 1950-х годах венгерскими исследователями Ф. Пауликом, И. Пауликом и Л. Эрдеи (F. Paulik, J. Paulik, L. Erdey). До этого методики дифференциального термического (запись кривых ДТА(t) и Т(t)) и термогравиметрического (запись кривых ТГ(t) и Т(t)) анализов использовались только по отдельности [1]. Метод дифференциального термического анализа (ДТА) основан на сравнении температур исследуемого и эталонного образцов. При отсутствии в исследуемом образце фазовых переходов, сопровождающихся тепловыми эффектами, кривые температуры исследуемого и эталонного образцов при их нагреве или охлаждении в одинаковых условиях будут изменяться монотонно и синхронно друг другу, в результате чего разность их температур (сигнал ДТА) будет близка к нулю и кривая ДТА будет представлять собой прямую, параллельную оси времени (рисунок 1, а). При поглощении (выделении) скрытой теплоты вследствие фазового преобразования или химической реакции температура образца будет ниже (выше) температуры эталона, при этом на кривой ДТА будет наблюдаться соответствующее отклонение (рисунок 2, б, в). По окончании фазового превращения температуры образца и эталона, в процессе их дальнейшего нагрева (охлаждения), выравниваются и кривая ДТА вновь станет прямой линией, являющейся продолжением исходной. В идеальном случае базовая линия ДТА должна представлять собой горизонтальную прямую линию, однако на практике она, из-за не идентичности тепловых параметров пробы и эталона, обычно имеет наклон верх или вниз, причем крутизна наклона может меняться с температурой.
|
|
|
Таким образом, превращения в исследуемом веществе, сопровождающиеся тепловыми эффектами, проявляются на кривой ДТА в виде пиков, направленных вниз при эндотермических или вверх при экзотермических процессах. Запись кривой ДТА позволяет с высокой чувствительностью определить начало и конец теплового эффекта, соответствующего такому фазовому превращению: начало отклонения от прямой - точка b на рисунке 8.1, б, в и начало возврата к ней - точка f на рисунок 8.1 б, в, а также величину выделяемой или поглощаемой при превращении теплоты. Последняя пропорциональна площади, ограниченной пиком на кривой ДТА и базисной линией, коэффициент пропорциональности может при этом быть определен по кривым ДТА веществ с известными тепловыми характеристиками превращений. Сопоставление кривых ДТА, записанных при нагреве и охлаждении образца, позволяет разделить обратимые и необратимые превращения.
|
|
|
Для измерения сигналов Т и ДТА используется комбинация простой и дифференциальной термопар (рисунок 8.2), позволяющая одновременно регистрировать температуру образца и разность температур образца и эталона. Наиболее широко в практике ДТА используется термопара платина (-) – платина с добавкой 10% родия (+) (обозначаются в технической литературе как Pt-Pt/Rh или ПП), которая стабильна до 1600° С со средней термоэдс 10-12мкВ/град.
а- при отсутствии поглощения или выделения тепла, б –при поглощении тепла (эндотермический эффект), в- при выделении тепла (экзотермический эффект)
Рисунок 8.1 – Форма кривых Т и ДТА при дифференциальном термическом анализе
Us – ЭДС термопары образца; Ue- ЭДС термопары эталонного вещества; Us – Ue разница в показаниях ЭДС термопар образца и эталонного вещества в данный момент; Rb, Rd – балластные сопротивления
|
|
|
Рисунок 8.2 – Схема соединения термопар при дифференционном термическом анализе
Термогравиметрия (ТГ) - метод термического анализа, в котором регистрируется изменение массы образца при изменении его температуры. Экспериментально получаемая кривая зависимости изменения массы от температуры (кривая - ТГ) позволяет судить о термостабильности и массе образца в начальном состоянии и промежуточных стадиях процесса, о массе остатка, если таковой имеется. Этот метод является особенно эффективным в тех случаях, когда образец в результате различных физических и химических процессов выделяет или поглощает газообразные компоненты в процессе изменения температуры.
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 208; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!