Работа №9 Стехиометрические расчеты по данным термогравиметрического анализа

Т ермогравиметрия (сокращенно ТG) - метод, при котором масса вещества измеряется как функция температуры, когда образец подвергается ее программированному воздействию. В ходе опыта химическое соединение с известной начальной массой нагревается в электропечи по программе, заданной исследователем. Обычно применяется линейная зависимость температуры от времени. Сигнал с весов непрерывно записывается с помощью электронного потенциометра на диаграммную ленту в виде кривой изменения массы вещества от времени, а при известном законе изменения температуры, от температуры. На рис. 9.1 приведена кривая потери массы (ТG) образца при линейном законе изменения температуры от времени.

Рис. 9.1. Термогравиметрический анализ при линейном подьеме температуры:

а - изменение температуры от времени; б - изменение массы образца

В ходе опыта образец массой W_H (обычно в несколько миллиграммов) нагревается с постоянной скоростью 1 – 20 град/мин до температуры, при которой начинается разложение, масса образца остается постоянной. В условиях реального эксперимента процесс разложения протекает в интервале температур Т_H - T_K. Выше T_K кривая потери массы выходит на второе плато, на котором масса образца W_K снова становится постоянной. Величины W_H – начальная масса, W_K – масса вещества после реакции термического разложения и W = W_H - W_K - изменение массы в ходе реакции термического разложения - это основные экспериментально определяемые характеристики, которые используются в дальнейшем для количественных расчетов изменения состава системы и др.

В отличие от этих массовых характеристик значения температур Т_H и T_K зависят от ряда факторов, например скорости нагревания, природы твердых веществ (размеров частиц и т. д.), характера окружающей атмосферы и др. Таким образом, Т_H и T_K отражают особенности проведения экспериментов и не всегда характеризуют равновесную температуру разложения.

Термогравиметрический анализ позволяет провести одновременно не только количественную оценку химического состава соединения, но и установить его фазовую характеристику. В основе фазового анализа положен принцип независимости процессов, протекающих в веществах, находящихся в виде механической смеси. Таким образом реакции диссоциации и разложения протекают практически при определенных для каждого вещества температурах, отсюда температуры диссоциации различных веществ являются своего рода константами.

Устройство дериватографа дает возможность определять величины изменения массы с точностью принятой в аналитической химии в различных температурных интервалах. Отклонение коромысла весов регистрируется прибором в увеличенном масштабе на диаграммной ленте шириной 250 мм. Если допустить, что на бумаге длиной 250 мм со шкалой 100 делений точность отсчета составляет 1 мм или 0,25 деления, то точность определения при исходной навеске в 1000 мг и потере массы в 100 мг составит 0,025% относительно исходной навески.

Относительно редко встречается случай, когда химические реакции в пробе протекают совершенно отдельно в различных интервалах температур. В таких случаях оценка ТГ кривой не вызывает трудностей. Между отдельными стадиями разложения имеется четкая граница, и разность изменения массы фиксируется достаточно точно.

Химические реакции, к сожалению, в большинстве случаев более или менее перекрывают друг друга. На кривой ТG вследствие перекрытия реакций трудно установить, какая часть изменения массы относится к одной реакции и какая ко второй из следующих друг за другом реакций. С целью разграничения последовательных реакций кривую ТG дифференцируют математическими методами или используют DТG кривую.