Kraków 2008
- Wprowadzenie,
- Metody analizy
- Termiczna analiza różnicowa (DTA),
- Termograwimetria,
- Identyfikacja substancji w DTA,
- Podsumowanie.
Wprowadzenie
Podczas ogrzewania układu, który zawiera badaną substancję (pierwiastek, związek, mieszaninę), w większości przypadków zachodzą przemiany fizyczne lub chemiczne.
Analiza termiczna – zespół metod badania zmian wybranych właściwości fizycznych substancji pod wpływem zmian
temperatury.
Wprowadzenie
Metody analizy termicznej wykorzystywane są do:
- Badania reakcji chemicznych i przemian fazowych
zachodzących podczas ogrzewania substancji,
- wyznaczania parametrów termodynamicznych i kinetycznych
reakcji,
- Określania składu fazowego i chemicznego substancji (jakościowo i ilościowo),
- Określania czystości surowców,
- Wyznaczania trwałości termicznej.
Wprowadzenie
Podział metod analizy termicznej wg mierzonych przez nie parametrów:
- Termograwimetria (TG) – rejestrująca zmiany ciężaru próbki ,
- Termiczna analiza różnicowa (DTA) – rejestrująca zmiany temperatury,
- Różnicowa kalorymetria scanningowa (DSC) – rejestrująca zmiany entlapii,
- Analiza termocząstkowa (EGA), termiczna analiza
emanacyjna (EGD) – rejestrujące objętość i skład chemiczny gazowych produktów reakcji,
- Termodylatometria – rejestrująca zmiany liniowych wymiarów próbki i ich niektórych właściwości mechanicznych –
analiza termomechaniczna,
Wprowadzenie
- Termosonimetria - rejestrująca natężenie efektów akustycznych towarzyszących reakcjom,
- Termoelektrometria – rejestrująca przewodnictwo, oporność oraz pojemność elektryczną,
- Termomagnetometria – rejestrująca zmiany podatności magnetycznej próbki,
- Termooptometria – rejestrująca zmiany zespołu własności optycznych substancji
Termiczna analiza różnicowa DTA
DTA umożliwia wykrywanie efektów cieplnych, które
towarzyszą przemianom fizycznym lub chemicznym. Polega na
rejestracji różnicy temperatur pomiędzy substancją badaną a substancją wzorcową (odniesienia), względem czasu lub temperatury.
Substancja odniesienia musi zostać dobrana tak, aby w danym zakresie temperatur nie podlegała żadnym przemianom
fizycznym lub chemicznym (najczęściej stosuje się Al O lub 2
3
MgO).
Termiczna analiza różnicowa DTA
Termiczna analiza różnicowa pozwala na identyfikację
związków, które w badanym zakresie temperatur ulegają przemianom egzotermicznym lub endotermicznym. A wśród nich wyróżnić można:
- reakcje chemiczne (utlenianie, redukcja, dysocjacja, synteza),
- procesy fizyczne, głównie przemiany fazowe:
- ze zmianą stanu skupienia (sublimacja, wrzenie, topnienie, krystalizacja)
- bez zmiany stanu skupienia (przemiany polimorficzne).
Termiczna analiza różnicowa DTA
Zasada metody
Ogrzewa się w piecu jednocześnie i w takich samych warunkach badaną próbkę oraz próbkę wzorcową – taką, w której nie zachodzą żadne przemiany termiczne. Przy czym należy tak prowadzić ogrzewanie, by zależność temperatury od czasu miała charakter liniowy.
Aby można było zmierzyć interesującą różnice temperatur ∆T
próbki i próbki wzorcowej, w obu próbkach umieszczone są termoelementy. Połączone są one z reszta układu tak by była możliwość wyznaczenia ∆T.
Analiza termiczna
Termiczna analiza różnicowa DTA
Jeżeli w próbce nie zachodzą
żadne reakcje przebiegające z
efektem cieplnym, temperatury
obu próbek są takie same
(Ts=Ti). Czyli ∆T=0. Jeżeli w
próbce zajdą takie reakcje ∆T
będzie różna od 0.
Termiczna analiza różnicowa DTA
- w przypadku reakcji endotermicznej temperatura próbki TS1
będzie niższa niż temperatura substancji wzorcowej T , a i1
przyrząd wskaże napięcie odpowiadające różnicy temperatur ∆T.
- w przypadku reakcji egzootermicznej temperatura próbki TS1
będzie wyższa niż temperatura substancji wzorcowej T , a i1
przyrząd wskaże napięcie odpowiadające różnicy temperatur ∆T
(przeciwny niż w poprzednim przypadku).
Analiza termiczna
Termiczna analiza różnicowa DTA
Aparatura:
1 – piec
2 – badana próbka
3 – próbka wzorcowa
4 – układ sterowania – ma
zapewnić
zależność
liniową temperatury od
czasu
5 – układ rejestrujący ∆T
6 – układ rejestrujący T
S,
Ti
Termograwimetria
Termograwimetria polega na rejestrowaniu zmian masy
substancji podczas ogrzewania lub studzenia w funkcji czasu lub temperatury lub na pomiarze zmiany masy substancji ogrzewanej izotermicznie w funkcji czasu.
Używane do tego celu urządzenia nazywa się termowagami.
Składa się ono z wagi, gdzie do szalki przymocowany jest tygiel z badaną próbką umieszczony w ogrzewanym piecu (wzrost lub spadek temperatury ma charakter liniowy).
Termograwimetria
Strata ciężaru może być spowodowana:
- dysocjacją termiczną połączoną z utratą np. wody, dwutlenku węgla,
- sublimacją,
- utlenianiem z wydzieleniem produktów gazowych.
Wzrost ciężaru może być spowodowany:
- utlenianiem nie związanym z dysocjacją
Termograwimetria
Zmiany masy próbki zapisywane są przez układ rejestrujący. W
wyniku tego otrzymuje się krzywą termograwimetryczną w układzie masa próbki – temperatura.
W celu poprawienia czytelności krzywych, często wykonywana jest też równolegle różnicowa analiza termograwimetryczna (DTG). Otrzymuje się wówczas dodatkowo pierwszą pochodną krzywej termograwimetrycznej względem czasu lub temperatury.
Identyfikacja substancji w DTA
Identyfikacja substancji w DTA polega na porównywaniu uzyskanego podczas badania wyniku (termogramu) z
termogramami wzorcowymi.
Każdy efekt termiczny jest charakteryzowany przez:
- Temperaturę początku reakcji (wielkość stała, zależy od energii potrzebnej do inicjalizacji danego procesu w danych warunkach),
- Temperaturę maksimum reakcji,
- Powierzchnię efektu (miara ilości ciepła pobranego lub wydzielonego w reakcji),
- Amplituda efektu (zależy od masy próbki, ciepła reakcji, ciepła właściwego próbki),
- Wskaźnika kształtu przegięcia (wskazuje na tym reakcji).
Zapraszam na przerwę