Глава II. Методы исследования

Глава II. Методы исследования. Метод термического анализаТермоаналитические методы служат для исследования физических и химических превращений в веществах или системах, протекающих под действием тепла.

Химические или физические процессы, изменение состояния вещества или фазы плавление, кристаллизация, испарение, горение и т.д. сопровождается изменением внутреннего теплосодержания системы. Процессы, протекающие с выделением тепла, называются экзотермическими, а с поглощением тепла- эндотермическими. Физико-химические процессы часто сопровождаются изменением массы, которое может быть определено с помощью термогравиметрического метода. 13 Сущность метода дифференциально-термического анализа ДТА заключается в измерении микротоков термопары, помещенной в пробирку, которая нагревает с определенной скоростью.

Термогравиметрия TG основана на методе непрерывного взвешивания исследуемого вещества в процессе изменения температуры. Метод дифференциальной термогравиметрии ДТG основан на измерении скорости изменения массы навески исследуемого вещества при данной температуре. Совмещение методов ДТА, ТG, ДТG позволяет определить направление и величину изменения теплового эффекта реакции энтальпии, протекающей в веществе под действием температуры, определить характер структурных и фазовых превращений в веществе, определить изменение массы вещества в зависимости от температуры, а также температуры превращений в веществе.

Все перечисленные методы совмещены в дериватографе Q-1500. Принцип действия дериватографа Q-1500 Дериватограф- комплексное термоаналитическое устройство. Дериватограф Q-1500 позволяет производить измерение температуры Т , изменение веса ТG , скорости изменения веса ДТG и изменение содержания теплоты ДТА исследуемого вещества в зависимости от времени в диапазоне температур от 20 до 1500 С в обычном режиме эксплуатации и до 1000 С для квазиизометрических и изобарных исследований.

В некоторых случаях состав окружающей среды оказывает решающее влияние на кинетику разложения вещества. Поэтому важно установить, какое влияние на процесс разложения оказывает собственная газовая атмосфера, образующаяся при распаде.

Для этого процесс разложения вещества проводят в специальном лабиринтном тигле, который препятствует удалению газообразных продуктов, однако сохраняет практически 100 среду продуктов распада. такой режим проведения эксперимента называется квазиизобарныим. При квазиизотермическом режиме работы в начальной стадии эксперимента температура образца растет с большой скоростью 2-5 С мин, а затем, начиная с момента распада вещества, поддерживается такая температура, при которой разложение происходит с постоянной, очень малой скоростью.

Прибор Q-1500 состоит из пяти основных блоков -блок термовесов -сдвоенная печь с рамой -шестиканальный регистр с рамой -тиристорный блок управления регулировки программ -тиристорного блока питания регулирования программ. Одной из сложных задач кинетики химических процессов является расчет энергии активации, то есть определение избыточного количества энергии, которым должна обладать молекула в момент столкновения, чтобы началась химическая реакция.

Для расчета энергии активации реакции используют методы ДТА, ТG, ДТG. Энергия активации по кривой ДТА может быть рассчитана из уравнения LnДt c - E RT 1 где Дt- изменение температуры, соответствующее глубине пика ДТА при заданной температуре выраженного в мм Е- энергия активации кДж моль, то есть энергия которую нужно сообщить молекуле, чтобы она вступила в реакцию R- универсальная газовая постоянная Дж мольК с- константа. По кривой ТG-анализа энергию активации расчитывают Lnm-2LnT А-Е RT 2 где m- уменьшение массы вещества, определяется по ТG-кривой, в или мг А-постоянная величина.

Исходя из кривой ДТG-анализа энергию можно вычислить из уравнения cV B-E RT 3 где V- скорость уменьшения массы вещества, мг мин или мг С В- константа Т- абсолютная температура, К. Рис.1. Принципиальная схема дериватографа Q-1500 1- керамическая трубка 2- держатель проб 3- печь 4- включатель 5,10,12- усилители 6- электромагнит 7- катушка 8- весы 9- дифференциальный преобразователь сигнала 11- регестрирующее устройство. 2.2.