Прожарювання являє собою процес , в якому твердий зразок піддають дії високих температур в в присутності або в відсутність кисню. В аналітичній хімії це один з останніх етапів гравіметричного аналізу. Отже, зразок може бути будь-якого характеру, неорганічним чи органічним; але особливо мова йде про мінерали, глини або желеподібні оксиди.
Коли прожарювання проводиться під повітряними потоками, то, як кажуть, відбувається в атмосфері кисню; наприклад, просто нагрівання твердої речовини з вогневим продуктом горіння у відкритих приміщеннях або в печах, до яких неможливо застосувати вакуум.
Рудиментарна або алхімічна кальцинація під відкритим небом. Джерело: Pixabay.
Якщо кисень замінюється азотом або благородним газом, то кальцинація, як кажуть, відбувається в інертній атмосфері. Різниця між атмосферами, які взаємодіють з нагрітим твердим тілом, залежить від його чутливості до окислення; тобто реагувати з киснем, щоб перетворитись в іншу більш окислену сполуку.
Те, що потрібно прожарити, - це не розплавляти тверду речовину, а модифікувати її хімічно або фізично, щоб відповідати якостям, необхідним для її застосування. Найвідоміший приклад - прожарювання вапняку CaCO 3 для перетворення його на вапно, CaO, необхідне для бетону.
Процес
Зв'язок між термічною обробкою вапняку та терміном прожарювання настільки близький, що насправді не рідкість припускати, що цей процес стосується лише сполук кальцію; Однак це неправда.
Усі тверді речовини, неорганічні чи органічні, можуть прожарювати, доки вони не розплавляться. Тому процес нагрівання повинен відбуватися нижче температури плавлення зразка; Якщо тільки це суміш, де один з її компонентів плавиться, а інші залишаються твердими.
Процес прожарювання змінюється залежно від зразка, масштабів, об'єктивності та якості твердого речовини після його термічної обробки. Це можна глобально розділити на два типи: аналітичний та промисловий.
Аналітичний
Коли процес прожарювання є аналітичним, це, як правило, один з останніх незамінних етапів гравіметричного аналізу.
Наприклад, після низки хімічних реакцій утворився осад, який під час утворення не виявляється як чисте тверде речовина; очевидно, припускаючи, що сполука відома заздалегідь.
Незалежно від способів очищення, осад все ще має воду, яку необхідно видалити. Якщо такі молекули води знаходяться на поверхні, для їх видалення не потрібно високих температур; але якщо вони «захоплені» всередині кристалів, то температура в духовці може перевищувати 700-1000 ° C.
Це забезпечує, що осад висох, а водяні пари видаляються; отже, його склад стає визначеним.
Так само, якщо осад зазнає термічного розкладання, температура, при якій він повинен прожарюватися, повинна бути достатньо високою, щоб забезпечити завершення реакції; інакше у вас вийде тверда речовина невизначеного складу.
Наступні рівняння підсумовують два попередні точки:
A nH 2 O => A + nH 2 O (пара)
A + Q (тепло) => B
Невизначені тверді речовини будуть сумішами A / A · nH 2 O і A / B, коли в ідеалі вони повинні бути чистими A і B відповідно.
Промислові
В процесі промислового прожарювання якість прожарювання так само важлива, як і при гравіметричному аналізі; але різниця полягає у складанні, способі та отриманих кількостях.
В аналітичній прагне вивчити ефективність реакції або властивості прожареного; в той час як у промисловому секторі важливіше, скільки виробляється та як довго.
Найкращим представленням процесу промислового прожарювання є термічна обробка вапняку, щоб він зазнав наступної реакції:
CaCO 3 => CaO + CO 2
Окис кальцію, СаО - це вапно, необхідне для виготовлення цементу. Якщо першу реакцію доповнити ці дві:
СаО + Н 2 О => Са (ОН) 2
Са (ОН) 2 + CO 2 => СаСО 3
Отримані кристали CaCO 3 можна приготувати і розмірити з міцних мас тієї ж сполуки. Таким чином, отримують не тільки СаО, але і мікрокристали CaCO 3 , необхідні для фільтрів та інших вишуканих хімічних процесів.
Усі металеві карбонати розкладаються однаково, але при різних температурах; тобто процеси їх промислового прожарювання можуть бути дуже різними.
Види прожарювання
Сама по собі немає можливості класифікувати прожарювання, якщо тільки ми не спираємось на процес і на зміни, які зазнає тверде тіло при підвищенні температури. З цієї останньої точки зору можна сказати, що існує два типи прожарювання: один хімічний та інший фізичний.
Хімія
Хімічне прожарювання - це те, де зразок, тверда речовина або осад зазнають термічного розкладання. Це було пояснено для випадку CaCO 3 . Після застосування високих температур з'єднання не є таким.
Фізичні
Фізична кальцинація - це така ситуація, коли природа зразка не змінюється врешті-решт, як тільки вона виділила водяну пару або інші гази.
Прикладом може бути повне зневоднення осаду без реакції. Також розмір кристалів може змінюватися залежно від температури; при більш високих температурах кристали мають тенденцію бути більшими, і структура може «пухнути» або тріснути в результаті.
Цей останній аспект прожарювання: контроль розміру кристалів, детально не розглядався, але варто згадати.
Програми
Нарешті, буде перелічено низку загальних та специфічних заявок на прожарювання:
-Розклад металевих карбонатів у відповідних оксидах. Те саме стосується оксалатів.
-Зневоднення мінералів, желеподібних оксидів або будь-якого іншого зразка для гравіметричного аналізу.
-Подає твердий фазовий перехід, який може бути метастабільним при кімнатній температурі; тобто навіть якщо ваші нові кристали були охолоджені, їм знадобиться час, щоб повернутися до того, як вони були до прожарювання.
-Активує оксид алюмінію або вуглець для збільшення розмірів його пор і поведінки, а також абсорбуючих твердих речовин.
-Модифікує структурні, коливальні або магнітні властивості мінеральних наночастинок, таких як Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 ; тобто вони піддаються фізичному прожарюванню, де тепло впливає на розмір або форму кристалів.
-Тий же попередній ефект можна спостерігати в більш простих твердих речовинах, таких як наночастинки SnO 2 , які збільшуються в розмірах, коли їх змушують агломерувати високими температурами; або в неорганічних пігментах або органічних барвниках, де температура і зерна впливають на їх колір.
-І десульфурує зразки коксу з сирої нафти, а також будь-якого іншого летючого з'єднання.
Список літератури
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Кількісна аналітична хімія (п. Ред.). PEARSON Prentice Hall.
- Вікіпедія. (2019). Прожарювання. Відновлено з: en.wikipedia.org
- Ельзев'є. (2019). Прожарювання. ScienceDirect. Відновлено з: sciencedirect.com
- Хаббе Мартін. (sf). Міні-енциклопедія виготовлення паперу безмежної хімії. Відновлено з: projects.ncsu.edu
- Indrayana, IPT, Siregar, N., Suharyadi, E., Kato, T. & Iwata, S. (2016). Залежність температури кальцинації мікроструктурних, коливальних спектрів та магнітних властивостей нанокристалічного Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 . Журнал фізики: серія конференцій, том 776, випуск 1, ідентифікатор статті 012021.
- FEECO International, Inc. (2019). Прожарювання. Відновлено з: feeco.com
- Габер, Массачусетс Абдель-Рахім, А. Я. Абдель-Латьєф, Махмуд. Н. Абдель-Салам. (2014). Вплив температури прожарювання на структуру та пористість нанокристалічного SnO 2, синтезованого методом звичайних опадів. Міжнародний журнал електрохімічної науки.