Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Термический анализ (теория и практика). Учебное пособие
.pdf
31
3. По экспериментальному пику плавления бензойной кислоты
определить температурную область химического превращения
вещества (температуры начала эффекта, пика), оценить теплоту
(Дж/г) и температуру плавления (К). Результаты сравнить с литературными данными, заполнить табл. 2 и написать выводы.
Таблица 2
Результаты анализа
Вещество Темпе-
ратурный
интервал
обработки
материала,
о
С
СОО
6Н5
Н
Теоретическая температура начала эффекта
плавления,
о
С
122,4 147,4С
Полученная
температура
начала
эффекта
плавле-
о
ния,
С
Теплота
реакции
плавления (теоретическое значение),
Дж/г
Теплота
реакции
(практическое
значение),
Дж/г
Скор
ость
нагревания,
о
С/мин
Лабораторная работа № 2.
Термический анализ гипса
Приборы и материалы: прибор синхронного термического
анализа STA 449 F3, Jupter, фирмы NETZSCH; образцы гипса
(необходимо предварительно измельчить в ступке).
Ход работы
1. Взвесить стандартный тигель, поместить в него порошок,
распределить по дну тигля, и снова взвесить, выполнить сброс
системы на «ноль», дождаться уравновешивания.
2. Измерения проводить в потоке осушенного азота согласно приведенной в табл. 1 температурной программе.
32
Температурная программа термической обработки
гипса
Таблица 1
№ сег-
мента
Температурный
интервал,
о
С
N
Газ,
2
Cкорость нагре-
вания (охлаждения)
К/мин
1
2
3
4
5
3. Определить температурные области химических превра-
щений веществ (температурный интервал эффекта, температуру
начала эффекта), оценить теплоту реакции (Дж/г).
4. Результаты сравнить с литературными данными (см. таблицу в приложении), определить тип гипса, заполнить табл. 2.
Таблица 2
Результаты анализа
Вещество
Темпера-
турный
интервал
эффекта,
о
С
Теоретическая температура начала эф-
о
фекта,
С
Полученная
температура начала эф-
о
фекта,
С
Теплота
реакции
(теоретическое
значение),
Дж/г
Теплота
реакции
(практическое
значение),
Дж/г
Потеря
массы,
%
Гипс
1.
2.
3.
33
Лабораторная работа № 3.
Влияние ультрадисперсных добавок на температуру
фазовых превращений вещества матрицы
Приборы и материалы: прибор синхронного термическо-
го анализа STA 449 F3, Jupter, фирмы NETZSCH; оксид циркония, полученный методом осаждения из растворов солей и высушенный при 100оС (используется для получения функциональной керамики); оксид циркония, стабилизированный оксидами металлов (CaO, Y2O3, MgO), полученный методом соосаждения из растворов солей и высушенный при 100оС.
Ход работы
1. Взвесить стандартный тигель, поместить в него порошок
чистого оксида циркония, распределить по дну тигля, и снова
взвесить, выполнить сброс системы на «ноль», дождаться уравновешивания.
2. Измерения проводить в потоке осушенного азота согласно
приведенной в табл. 1 температурной программе.
Таблица 1
Температурная программа термической
обработки оксида циркония
№
сегмента
1
2
3
4
5
6
Температурный
интервал,
о
С
Газ, N
Cкорость нагрева-
2
ния (охлаждения),
К/мин
7
3. Определить число экспериментальных пиков, темпера-
турные области химического превращения вещества (t
t
), оценить тип эффекта и теплоту (Дж/г), потерю массы, за-
end
onset
полнить табл. 2.
, t
peak
и
34
Таблица 2
Результаты термического анализа оксида
циркония
Тип теплового эффекта
t
onset
о
С t
, оС t
peak
, оС Теплота,
end
Дж/г
Потеря
массы, %
1.
2.
3.
4. Термический анализ оксида циркония со стабилизи-
рующими добавками проводится так же, как и чистого оксида
циркония.
5. Выполнить измерения, заполнить табл. 3, сделать вывод о характере влияния ультрадисперсной добавки – стабилизатора на температуру, характеризующую фазовое превращение
образца.
Таблица 3
Результаты термического анализа системы
оксид циркония – оксид иттрия
Вещество Тип теп-
лового
эффекта
t
onset
о
С t
, оС t
peak
,
Тепло-
end
о
С
та,
Дж/г
Потеря
массы,
%
ZrO2-Y2O
(0,9:0,1)
1.
3
2.
3.
35
Лабораторная работа № 4.
Влияние присутствия катализатора на величину энергии
активации химических реакций
Приборы и материалы: прибор синхронного термиче-
ского анализа ST A 449 F3, Jupter, фирмы NETZSCH для проведения ДСК/ТГА (дифференциально-сканирующей калориметрии/термогравиметрии); для анализа подготовить 2 вещества:
одно – чистое, другое – с добавкой катализатора. Например, реакция дожига сажи может происходить в присутствии катализатора оксида церия СеО
или катализатора САДПАЛ, состоящего
2
из смеси солей. В первом опыте в тигель помещают чистое вещество – навеску сажи; во втором - смешивают сажу с катализатором в соотношении 1:1. Термический анализ должен проходить в
одинаковых условиях, по одинаковой температурной программе.
Ход работы
1. Взвесить стандартный тигель, поместить в него порошок
вещества, распределить по дну тигля, и снова взвесить, выполнить сброс системы на «ноль», дождаться уравновешивания.
2. Измерения проводить в потоке осушенного азота согласно приведенной в табл. 1 температурной программе.
Таблица 1
Температурная программа термической
обработки веществ
№ сегмента Температурный
интервал,
1
2
3
4
5
о
С
Газ, N
2
Cкорость нагревания (охлаждения), К/мин
36
3. Определить число экспериментальных пиков, темпера-
турные области химического превращения вещества ( t
t
), оценить тип эффекта и теплоту (Дж/г), потерю массы, запол-
end
onset
нить табл. 2.
Таблица 2
Результаты термического анализа веществ
Образец Тип теп-
лового
эффекта
t
onset
о
С t
, оС t
peak
, оС Теп-
end
лота,
Дж/г
1.Чистое
вещество
2.Веществ
о с катализатором
4. Рассчитать кинетические данные и заполните табл. 3.
Таблица 3
Кинетические данные
, t
peak
Потеря
массы,
%
и
Обра-
зец
Δm
max
Δm
i
-lgα Т, K 1000/T,
-1
K
E
a,
кДж/моль
1
…..
2
…..
5. Построить график зависимости (-lgα) от (1000/Т), опре-
делить по тангенсу угла наклона энергию активации
Ea=2,303·R·tgα.
6. Сделать вывод о влиянии катализатора на величину
энергии активации и скорость реакции.
37
Лабораторная работа № 5.
Анализ бутадиен-стирольного каучука
Приборы и материалы: прибор синхронного термического
анализа STA 449 F3, Jupter, фирмы NETZSCH для проведения
ДСК/ТГА (дифференциально-сканирующей калориметрии/ термогравиметрии); образцы бутадиен-стирольного каучука ( образцы разрезают на тонкие пластинки ножом, скальпелем или лезвием бритвы).
Ход работы
На рисунке представлен термогравиметрический анализ бутадиен-стирольного каучука при скорости нагрева 5 °С в минуту.
В процессе анализа образец нагревают до 600 ºС. Вслед за испарением летучих компонентов (пластификаторов, масел) после
достижения температуры приблизительно 400 ºС начинается пиролиз полимера. При температуре 600 ºС инертная атмосфера меняется на окислительную, что приводит к сгоранию технического
углерода (наполнителя). Остаточное вещество составляют неорганические компоненты. Образец бутадиен-стирольного каучука
в данном примере содержит 6,4 % пластификатора, 68,2 % полимера и 21,8 % технического углерода. На долю остаточных веществ (в основном оксид цинка) приходится 3,6 % (табл. 1).
Рисунок. Термограмма анализа бутадиен-стирольного каучука
38
Результаты термогравиметрического анализа
бутадиен-стирольного каучука
Таблица 1
Данные Удаление лету-
чих компонентов
Изменение массы, % 6,4 68,2 21,8
Температурный интер-
о
вал,
С
30-400 400-600 600-800
Пиролиз
полимера
Сгорание техническог о углерода
1. Произвести термогравиметрический анализ образца бу-
тадиен-стирольного каучука по температурной программе табл. 2.
2. Отметить ступени испарения летучих компонентов, пиролиза пластификатора, горения технического углерода .
3. Заполнить табл. 3 полученными результатами по примеру
табл. 1 и рисунка.
Таблица 2
Температурная программа термической
обработки вещества
№ сегмента Скорость,
1 5 30 -600 100 0
2 5 600-800 80 20
о
С/мин
Полученные данные термогравиметрического анализа
Температурный
интервал,
бутадиен-стирольного каучука
о
С
Газ N2,
мл/мин
Газ O2,
мл/мин
Таблица 3
Данные Удаление лету-
чих компонентов
Изменение массы, %
Температурный
интервал,
о
С
Пиролиз
полимера
Сгорание техническог о углерода
39
Лабораторная работа № 6.
Определение параметров фарфорового сырца
Приборы и материалы: прибор синхронного термическо-
го анализа STA 449 F3, Jupter, фирмы NETZSCH для проведения
ДСК/ТГА (дифференциально-сканирующей калориметрии/термогравиметрии); масс-спектрометр МС; образцы фарфорового сырца (измельченные в ступке).
Ход работы
Термический анализ фарфорового сырца, представленный
на рисунке, показывает 3 стадии потери массы. До температуры ~
250 °C происходит испарение влаги. Между 250 и 450 °C выгорает органическое связующее, которое сопровождается выделением
энергии 156 Дж/г. При температурах выше 450 °C начинается дегидратация каолина, на которую затрачивается 262 Дж/г.
Масс-спектрометр регистрирует массовые числа 18 и 44,
что указывает на выделение H2O и CO2. Экзотермический ДСК
пик при 1006 °C с тепловым эффектом в -56 Дж/г свидетельствует
о твердофазном переходе.
Рисунок. Термический анализ фарфорового сырца
40
Таблица 1
Результаты совмещенного термического и
масс-спектрометрического анализа фарфорового сырца
Данные Испаре-
ние влаги
Изменение
массы, % 0,27 1,19 5,76 0,0
Температурный интер вал, оС 30-250 250-450 450-900 950-1050
Тепловой
эффект, Дж/г - 156 262 56
Массовые
числа 18 44 - -
Выгорание ор ганического
связующего
Разложение
каолина
Твердофазный
переход
1. Произвести термогравиметрический анализ, совмещенный с масс-спектрометрией образца фарфорового сырца, по температурной программе табл. 2, в корундовом тигле.
2. Отметить ступени испарения летучих компонентов, пиролиза пластификатора, горения технического углерода .
3. Заполнить табл. 3 полученными результатами по примеру табл. 1 и рисунка.
Таблица 2
Температурная программа термической
обработки вещества
№ сегмента Скорость,
1 5 30 -1500 100
о
С/мин
Температурный
интервал,
о
С
Газ N2,
мл/мин
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]