05 Oxalic axit dihydrat
2.3. Động học của phản ứng nổ
Động học của phản ứng nổ là khỏ phức tạp. Cỏc thụng số ảnh hưởng đến phản ứng bao gồm: loại nhiờn liệu, tỷ số O/F, khối lượng nhiờn liệu, nhiệt độ cung cấp ban đầu để phản ứng xảy ra (được gọi là nhiệt độ nổ), lượng nước chứa trong hỗn hợp trước khi nổ… Nhiệt lượng tỏa ra trong quỏ trỡnh nổ cũng bị ảnh hưởng mạnh bởi cỏc thụng số này 15, 50, 71, 91.
Trong phương phỏp nổ, nhiệt độ ngay khi phản ứng nổ xảy ra cú thể lờn đến 1550oC trong một khoảng thời gian rất ngắn, cú thể xem đõy là một hệ đoạn nhiệt vỡ sau đú nhiệt lượng thoỏt nhanh ra mụi trường xung quanh. Do đú, nhiệt độ cực đại (T) để hỡnh thành sản phẩm được xem là nhiệt độ đoạn nhiệt. Nhiệt lượng sinh ra trong quỏ trỡnh phản ứng là enthalpy của hệ và là một hàm trạng thỏi, được biểu diễn bởi phương trỡnh 50, 71:
∫= = ∆ − ∆ = ∆H Hr Hp TTCpdT 0 (2.4 3) Giỏ trị T cú thể được xỏc định từ việc giải phương trỡnh (2.43).
p p r C H H T T ∆ −∆ + = 0 (2.4 4) Biểu thức (2.44) chớnh là nội dung của định luật Hess 91. Trong đú: ∆Hr
và ∆Hp lần lượt là enthalpy của cỏc chất tham gia phản ứng và sản phẩm tạo thành sau phản ứng, Cp là nhiệt dung riờng của sản phẩm ở mụi trường đẳng ỏp, T0 là nhiệt độ ban đầu (nhiệt độ phũng). Nhiệt độ thực tế đo được khi phản ứng xảy ra cú thể thấp hơn so với tớnh toỏn lý thuyết, do hiện tượng thoỏt nhiệt nhanh được gõy ra bởi sự hỡnh thành cỏc chất khớ trong quỏ trỡnh phản ứng 15, 57, 71.
Nhiệt độ cực đại T sinh từ phản ứng nổ giữa nhụm nitrate và urea cú thể được tớnh toỏn bằng cỏch sử dụng cỏc giỏ trị ∆Hr của chất tham gia phản ứng và ∆Hp của sản phẩm.
Sử dụng cỏc thụng số nhiệt động để tớnh toỏn nhiệt độ T sinh ra trong quỏ trỡnh chế tạo α-Al2O3 bằng phương phỏp nổ như sau:
Phương trỡnh phản ứng:
2Al(NO3)3.9H2O + 5CH4N2O 773 →K α-Al2O3 + 5CO2 + 8N2 + 28H2O Trong đú: ∆H(Al(NO3)3.9H2O) = -897,96 kcal.mol-1, ∆H(CH4N2O) = -79,71 kcal.mol-1 ∆H(α-Al2O3) = -400,4 kcal.mol-1 ∆H(CO2) = -94,051 kcal.mol-1 ∆H(N2) = 0 kcal.mol-1 ∆H(H2O) = -57,796 kcal.mol-1
Nhiệt dung riờng của α-Al2O3: Cp = 18,89 cal.deg-1.mol-1
= 0,21 kcal.kg-1.K-1.
Theo đú, enthalpy của quỏ trỡnh phản ứng được tớnh như sau:
∆Hr = ∆H(Al(NO3)3.9H2O) + ∆H(CH4N2O)
= 2(-897,96) + 5(-79,71) = -2194,47 kcal.mol-1 ∆Hp = ∆H(α-Al2O3) + ∆H(CO2) + ∆H(N2) + ∆H(H2O)
= -400,4 + 5(-94,05) + 8(0) + 28(-57,796) = -2488,94 kcal.mol-1 ∆H(phản ứng) = ∆Hr - ∆Hp = 294,47 kcal.mol-1
Thay cỏc giỏ trị của cỏc thụng số trờn vào phương trỡnh (2.44) và tớnh toỏn với T0 = 298K (nhiệt độ phũng), giỏ trị nhiệt độ T thu được là 1700K. Kết quả này gần đỳng với giỏ trị T thực tế đo được, với sai số ±100K 57, 71, 72.
2.4. Khảo sỏt sự ảnh hưởng của cỏc điều kiện cụng nghệ đến cấu trỳc vàtớnh chất phỏt quang của vật liệu CAO: Eu2+, Nd3+