Прокаливание представляет собой процесс , в котором твердый образец подвергают воздействию высоких температур в в присутствии или в отсутствие кислорода. В аналитической химии это один из последних этапов гравиметрического анализа. Следовательно, образец может иметь любую природу, неорганическую или органическую; но особенно это касается минералов, глин или гелеобразных оксидов.
Когда кальцинирование проводится в потоке воздуха, говорят, что оно происходит в насыщенной кислородом атмосфере; например, простое нагревание твердого тела с помощью продуктов сгорания на открытых пространствах или в печах, к которым невозможно применить вакуум.
Рудиментарное или алхимическое обжигание под открытым небом. Источник: Pixabay.
Если кислород заменяется азотом или благородным газом, то считается, что прокаливание происходит в инертной атмосфере. Разница между атмосферами, которые взаимодействуют с нагретым твердым телом, зависит от его чувствительности к окислению; то есть реагировать с кислородом для превращения в другое, более окисленное соединение.
При прокаливании стремятся не к расплавлению твердого вещества, а к его химическому или физическому изменению, чтобы обеспечить свойства, необходимые для его применения. Самый известный пример - кальцинирование известняка CaCO 3 для преобразования его в известь CaO, необходимую для производства бетона.
Обработать
Связь между термической обработкой известняка и термином кальцинирование настолько близка, что на самом деле нередко предполагать, что этот процесс применим только к соединениям кальция; Однако это не так.
Все твердые вещества, неорганические или органические, можно прокаливать до тех пор, пока они не плавятся. Следовательно, процесс нагрева должен происходить ниже точки плавления образца; Если только это не смесь, в которой один из ее компонентов плавится, а другие остаются твердыми.
Процесс прокаливания варьируется в зависимости от образца, масштабов, цели и качества твердого вещества после его термообработки. Глобально их можно разделить на два типа: аналитические и промышленные.
аналитический
Когда процесс обжига является аналитическим, он обычно является одним из последних обязательных этапов гравиметрического анализа.
Например, после серии химических реакций получился осадок, который при образовании не выглядел как чистое твердое вещество; очевидно, если предположить, что состав известен заранее.
Независимо от методов очистки, осадок все еще содержит воду, которую необходимо удалить. Если такие молекулы воды находятся на поверхности, для их удаления не потребуются высокие температуры; но если они «застряли» внутри кристаллов, тогда температура печи может превысить 700-1000ºC.
Это обеспечивает высыхание осадка и удаление водяных паров; следовательно, его состав становится определенным.
Аналогичным образом, если осадок подвергается термическому разложению, температура, при которой он должен быть прокален, должна быть достаточно высокой, чтобы гарантировать завершение реакции; в противном случае у вас будет твердое тело неопределенного состава.
Следующие уравнения суммируют два предыдущих пункта:
A nH 2 O => A + nH 2 O (пар)
A + Q (тепло) => B
Неопределенными твердыми веществами могут быть смеси A / A · nH 2 O и A / B, тогда как в идеале они должны быть чистыми A и B, соответственно.
промышленные
В промышленном процессе обжига качество обжига так же важно, как и при гравиметрическом анализе; но разница в сборке, способе и количестве произведенного.
В аналитическом исследовании мы стремимся изучить характеристики реакции или свойства прокаленного; в то время как в промышленном секторе более важно, сколько и как долго производится.
Лучшим представлением промышленного процесса обжига является термическая обработка известняка так, чтобы он подвергался следующей реакции:
CaCO 3 => CaO + CO 2
Оксид кальция CaO - это известь, необходимая для производства цемента. Если первая реакция дополнена этими двумя:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 => CaCO 3
Полученные кристаллы CaCO 3 могут быть получены и рассчитаны по размеру из твердых масс того же соединения. Таким образом, не только образуется СаО, но и микрокристаллы СаСО 3 , необходимые для фильтров и других тонких химических процессов.
Все карбонаты металлов разлагаются одинаково, но при разных температурах; то есть их промышленные процессы обжига могут быть самыми разными.
Виды прокалки
Само по себе классификация кальцинирования невозможна, если мы не основываемся на процессе и на изменениях, которым твердое вещество претерпевает при повышении температуры. С этой последней точки зрения можно сказать, что существует два типа прокаливания: химическое и физическое.
Химия
Химическое прокаливание - это прокаливание, при котором образец, твердое вещество или осадок подвергается термическому разложению. Это было объяснено на примере CaCO 3 . Состав не тот, что после воздействия высоких температур.
физический
Физическое прокаливание - это прокаливание, при котором природа образца в конечном итоге не меняется после выделения водяного пара или других газов.
Примером является полное обезвоживание осадка без проведения реакции. Также размер кристаллов может меняться в зависимости от температуры; при более высоких температурах кристаллы становятся больше, и в результате структура может вздуваться или треснуть.
Этот последний аспект прокаливания - контроль размера кристаллов - подробно не рассматривался, но его стоит упомянуть.
Приложения
Наконец, будет перечислен ряд общих и специальных применений обжига:
-Разложение карбонатов металлов на их соответствующие оксиды. То же самое и с оксалатами.
-Обезвоживание минералов, гелеобразных оксидов или любого другого образца для гравиметрического анализа.
- подвергает твердое тело фазовому переходу, который может быть метастабильным при комнатной температуре; то есть, даже если ваши новые кристаллы были охлаждены, им потребуется время, чтобы вернуться к тому состоянию, в котором они были до прокаливания.
-Активирует оксид алюминия или углерод, чтобы увеличить размер пор и вести себя так же хорошо, как абсорбирующие твердые частицы.
-Изменяет структурные, колебательные или магнитные свойства минеральных наночастиц, таких как Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 ; то есть они подвергаются физическому кальцинированию, при котором тепло влияет на размер или форму кристаллов.
- Тот же предыдущий эффект можно наблюдать в более простых твердых телах, таких как наночастицы SnO 2 , которые увеличиваются в размере, когда они вынуждены агломерироваться под действием высоких температур; или в неорганических пигментах или органических красителях, где температура и зерна влияют на их цвет.
-И десульфуризует пробы кокса из сырой нефти, а также любые другие летучие соединения.
Ссылки
- Дэй Р. и Андервуд А. (1989). Количественная аналитическая химия (пятое изд.). ПИРСОН Прентис Холл.
- Wikipedia. (2019). Обжиг. Получено с: en.wikipedia.org
- Elsevier. (2019). Обжиг. ScienceDirect. Получено с: sciencedirect.com
- Hubbe Martin. (SF). Мини-энциклопедия химии мокрой части бумажного производства. Получено с: projects.ncsu.edu
- Индраяна, ИПТ, Сирегар, Н., Сухарьяди, Э., Като, Т., и Ивата, С. (2016). Температурная зависимость микроструктуры, колебательных спектров и магнитных свойств нанокристаллического Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 от температуры прокаливания . Journal of Physics: Conference Series, Volume 776, Issue 1, article id. 012021.
- FEECO International, Inc. (2019). Обжиг. Получено с: feeco.com
- Габер, М.А. Абдель-Рахим, А.Ю. Абдель-Латиф, Махмуд. Н. Абдель-Салам. (2014). Влияние температуры прокаливания на структуру и пористость нанокристаллического SnO 2, синтезированного обычным методом осаждения. Международный журнал электрохимической науки.