3. Получение и запись кривых нагревания
В основе термического анализа находится регистрация изменения температуры исследуемого вещества при его нагревании или охлаждении, которая фиксируется в виде различных кривых: температурных, дифференциальных, деривативных.
3. 1. Температурные кривые нагревания (т)
Для получения температурной кривой нагревания исследуемое вещество в специальном тигле помещают в электрическую печь (рис. 3. 1). В электрической печи вещество подвергается плавному и непрерывному нагреванию, при этом через определенные промежутки времени довольно точно термопарой определяется его температура. Для измерения температур до 1700°С используют предложенную Ле-Шателье платино-платинородиевую термопару. Эта так называемая «простая» термопара состоит из двух одинаковых по толщине проволок платины и сплава платины с 10% родия сваренных между собой со стороны, помещаемой в исследуемое вещество. Эта часть термопары называется «горячим спаем». Противоположные концы проволок, подключенные к гальванометру, находящемуся при комнатной температуре называются «холодным спаем».
Рис. 3. 1. Схема термической установки с простой термопарой:
1 – простая термопара, 2 – исследуемое вещество, 3 – электрическая печь, 4 – соединительные провода, 5 – гальванометр.
При нагревании тигля с исследуемым веществом в «горячем спае» возникает разность потенциалов, величина которой закономерно связана с температурой нагрева. Возникающий в цепи ток фиксируется гальванометром, соединенным с «холодным спаем».
Результаты измерения температур при нагреве изучаемого вещества отражаются в виде графика зависимости температуры вещества от времени. Полученная таким образом кривая t = f (τ) называется температурной кривой нагревания.
Если в исследуемом веществе при нагревании не будет происходить реакций или фазовых превращений, сопровождающихся тепловыми эффектами, то зависимость t = f (τ) будет иметь вид прямой линии, идущей под определенным углом к абсциссе. Если же превращение, протекающее в веществе, сопровождается тепловым эффектом, то происходит отклонение данной зависимости от прямолинейного направления. После окончания превращения, сопровождающегося тепловым эффектом, зависимость возвращается к виду прямой линии.
В одном и том же веществе при нагревании может протекать несколько превращений с выделением и поглощением тепла, что соответствующим образом отразится на форме зависимости t= f (τ). В тех случаях, когда нагревание вещества сопровождается эндотермической реакцией (поглощение тепла), температура образца уменьшается по отношению к обогреваемому пространству (печи). В случае экзотермической реакции (выделение тепла) температура образца в момент реакции увеличивается по отношению к обогреваемому пространству (печи). На кривых нагревания в отмеченных координатах эндотермические эффекты приводят к отклонению кривой вниз, а экзотермические – вверх.
В настоящее время в термическом анализе кривые нагревания самостоятельного применения не имеют, так как фиксируемые на них тепловые эффекты выражены недостаточно четко, что затрудняет определение температур превращения исследуемого вещества.