Phƣơng pháp phân tích nhiệt

I. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

I.4Phƣơng pháp phân tích nhiệt

a. Cơ sở lý thuyết

Do tác động nhiệt, trong chất có thể xảy ra các quá trình biến đổi

Bảng 3- 1. Các biến đổi tƣơng ứng với quá trình chuyển hóa

Quá trình Biến đổi

Chuyển trạng thái Rắn  Lỏng  Khí

Biến đổi thù hình  …

Desolvat hóa Mất dung môi solvat

Phân gủy niệt Tạo thành chất mới

Phản ứng hóa học Với chất khác tạo thành chất mới

Phƣơng pháp phân tích nhiệt dựa trên ba nguyên tắc cơ bản là các nguyên tắc bảo toàn, tƣơng ứng và đặc trƣng.

Nguyên lý bảo toàn

 Nguyên lý bảo toàn năng lƣợng

Một quá trình xảy ra kèm theo hiệu ứng nhiệt Q thì quá trình theo chiều ngƣợc lại nếu xảy ra sẽ kèm theo hiệu ứng nhiệt –Q.

53

 

Một quá trình thuận nghịch xảy ra tại nhiệt độ T thì quá trình theo chiều ngƣợc lại nếu xảy ra cũng tại nhiệt độ T.

 Nguyên lý bảo toàn khối lƣợng

Một quá trình hóa học thông thƣờng xảy ra luôn luôn bảo toàn khối lƣợng và thành phần của các nguyên tố trong hệ.

Một cách cụ thể, đối với hệ hở:

 Các quá trình Chuyển trạng thái rắn  lỏng Biến đổi thù hình

Phản ứng hóa học…

Các quá trình này không tạo ra chất bay hơi nên không làm biến đổi khối lƣợng của hệ.

 Các quá trình Desolvat hóa

Phân thủy nhiệt Phản ứng hóa học…

Các quá trình này tạo ra chất bay hơi làm biến đổi một phần khối lƣợng của hệ tỉ lệ với lƣợng biến đổi theo một hệ số xác định cho mỗi biến số.

Nguyên lý tƣơng ứng

Tuyệt đại đa số các biến đổ đều kèm theo hiệu ứng nhiệt.

Chỉ có một số lƣợng cực kỳ hiếm biến đổi không kèm theo hiệu ứng nhiệt.

Nguyên lý đặc trƣng

Tuyệt đại đa số các biến đổi kèm theo hiệu ứng nhiệt tại một nhiệt độ xác định với một nhiệt lƣợng xác định đối với một chất. Do đó có thể coi nhiệt độ và nhiệt lƣợng này là yếu tố đặc trƣng cho biến đổi.

54 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});



b. Phƣơng pháp phân tích nhiệt

Phƣơng pháp phân tích nhiệt dựa trên nguyên tắc xác định:

 Nhiệt độ T

 Nhiệt lƣợng Q

 Biến đổi khối lƣợng m

Mẫu tham chiếu là mẫu trơ với nhiệt, nghĩa là thành phần, trạng thái, cấu trúc và khối lƣợng của mẫu không thay đổi trong khoảng nhiệt độ khảo sát.

Nhiệt độ của mẫu tham chiếu đƣợc xác định bằng cặp nhiệt điện.

Chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu nghiên cứu và mẫu tham chiếu đƣợc xác định bằng cặp nhiệt điện vi sai.

Nhiệt lƣợng trao đổi khi xảy ra biến đổi của mẫu nghiên cứu đƣợc xác định bằng cặp nhiệt điện vi sai dạng đĩa.

Biến thiên khối lƣợng của mẫu nghiên cứu khi xảy ra biến đổi đƣợc xác định bằng cân vi chính xác đặt ngay trong thiết bị phân tích nhiệt.

Các biến thiên nhiệt độ, nhiệt lƣợng và khối lƣợng của mẫu nghiên cứu khi thay đổi nhiệt độ đƣợc ghi lại thành giản đồ phân tích nhiệt (vi sai).

c. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân tích nhiệt

Hệ số dẫn nhiệt m của mẫu nghiên cứu: Do giới hạn của tốc độ truyền nhiệt trong mẫu, nhiệt độ của mẫu luôn luôn thấp hơn nhiệt độ của lò nung.Chênh lệch nhiệt độ này tăng dần khi bắt đầu nung cho đến lúc đạt giá trị ổn định thì mẫu đạt đƣợc chế độ chuẩn.Chênh lệch nhiệt độ càng lớn khi hệ số dẫn nhiệtm của mẫu nghiên cứu càng nhỏ.Nếu m tc, đƣờng DTA khi không có hiệu ứng nhiệt sẽ là một đƣờng thẳng nằm

ngang đƣợc gọi là đƣờng cơ sở.Khi hệ số dẫn nhiệt m tc, các dạng đƣờng DTA

khác nhau theo bảng 6.2.

khi xảy ra biến đổi trong quá trình đun nóng hay làm nguội mẫu.

55

Bảng 3- 2. Dạng đƣờng DTA theo mối quan hệ giữa tc và m

Tƣơng quan giữa tc và m tc m  tc m tc m

Đƣờng DTA khi không có hiệu ứng nhiệt

Ngang Đi lên Đi xuống

Khi hệ số truyền nhiệt m của mẫu nghiên cứu càng nhỏ thì quá trình truyền nhiệt trong mẫu sẽ càng chậm hệ quả là nhiệt độ thật của mẫu sẽ thấp hơn so với nhiệt độ thật của lò.Kết quả là nhiệt độ của hiệu ứng nhiệt thu đƣợc trong giản đồ phân tích nhiệt sẽ càng cao do nhiệt độ ghi đƣợc là nhiệt độ của lò chứ không phải nhiệt độ thật của mẫu nghiên cứu.

Tốc độ nâng nhiệt vT: Tốc độ nâng nhiệt vT càng cao thì nhiệt độ xảy ra hiệu ứng nhiệt càng cao do quá trình truyền nhiệt càng chậm.

Khối lƣợng của mẫu: Khối lƣợng mẫu nung càng lớn thì nhiệt độ xảy ra hiệu ứng nhiệt càng cao do quá trình truyền nhiệt trong khối mẫu lớn càng chậm

Kích thƣớc hạt của mẫu: Kích thƣớc hạt của mẫu nung càng lớn thì nhiệt độ xảy ra hiệu ứng nhiệt càng cao do quá trình truyền nhiệt trong mỗi hạt của mẫu càng chậm. Khi phản ứng phân hủy có kèm theo sự thoát khí thì kích thƣớc hạt càng lớn sẽ làm cho quá trình thoát khí ra khỏi mẫu càng khó nên nhiệt độ phân hủy đƣợc càng cao. Vị trí đặt mẫu trên chén nung: Mẫu phải đặt ở tâm của chén nung – đồng thời là tâm của cặp nhiệt điện – để quá trình truyền nhiệt từ mẫu đến cặp nhiệt điện là đẳng hƣớng.

Vật liệu và hình dạng của chén nung: Chén đựng mẫu phải có hệ số dẫn nhiệt nhỏ hơn tc và m để không ảnh hƣởng đến quá trình truyền nhiệt.

56

Khi khối lƣợng mẫu lớn (>100 mg) thì phải sử dụng chén dạng parabol để trƣờng nhiệt độ phân bố đều.

Khi khối lƣợng mẫu nhỏ (<100 mg) thì chỉ cần sử dụng dạng phẳng để trƣờng nhiệt độ phân bố đều. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});