Kalcinacija yra procesas, kurio metu kietas Pavyzdys veikiamas aukštos temperatūros į į buvimo ar nebuvimo deguonies. Analitinėje chemijoje tai yra vienas iš paskutinių gravimetrinės analizės žingsnių. Todėl mėginys gali būti bet kokio pobūdžio, neorganinis arba organinis; bet ypač tai susiję su mineralais, moliais ar želatininiais oksidais.
Sakoma, kad kalcinavimas vyksta oro srovėmis, deguonies prisotintoje atmosferoje; pavyzdžiui, tiesiog pašildyti kietą medžiagą degimo produktu atvirose vietose arba orkaitėse, į kurias negalima dulkių.
Rudimentinis ar alcheminis kalcinavimas po atviru dangumi. Šaltinis: „Pixabay“.
Jei deguonį pakeičia azotas arba kilmingosios dujos, tada sakoma, kad deginimas vyksta inertinėje atmosferoje. Skirtumas tarp atmosferų, kurios sąveikauja su įkaitinta kieta medžiaga, priklauso nuo jo jautrumo oksidacijai; tai yra, reaguoti su deguonimi ir virsti kitu labiau oksiduotu junginiu.
Kalcinuojant siekiama ne ištirpinti kietą medžiagą, bet ją modifikuoti chemiškai arba fiziškai, kad ji atitiktų jo naudojimui reikalingas savybes. Žinomiausias pavyzdys yra kalkakmenio, CaCO 3 , kalcinavimas , norint jį paversti kalkėmis - CaO, reikalingomis betonui.
Procesas
Ryšys tarp kalkakmenio terminio apdorojimo ir termino kalcinavimas yra toks artimas, kad iš tikrųjų nėra neįprasta manyti, kad šis procesas taikomas tik kalcio junginiams; Tačiau tai nėra tiesa.
Visos kietos medžiagos, neorganinės arba organinės, gali kalcinuoti tol, kol neištirpsta. Todėl kaitinimas turi vykti žemiau mėginio lydymosi temperatūros; Nebent tai yra mišinys, kuriame vienas iš jo komponentų ištirpsta, o kiti išlieka kieti.
Kalcinavimo procesas skiriasi priklausomai nuo mėginio, mastelio, tikslo ir kietos medžiagos kokybės po jo terminio apdorojimo. Tai galima suskirstyti į dvi rūšis: analitinę ir pramoninę.
Analitinis
Kai kalcinavimo procesas yra analitinis, paprastai tai yra vienas iš paskutinių būtinų gravimetrinės analizės etapų.
Pavyzdžiui, po daugybės cheminių reakcijų buvo gautos nuosėdos, kurios susidarymo metu neatrodo kaip gryna kieta medžiaga; akivaizdu darant prielaidą, kad junginys yra žinomas iš anksto.
Nepaisant valymo metodų, nuosėdos vis tiek turi vandenį, kuris turi būti pašalintas. Jei tokios vandens molekulės yra paviršiuje, joms pašalinti nebus reikalinga aukšta temperatūra; tačiau jei jie yra „įstrigę“ kristalų viduje, tada orkaitės temperatūra gali viršyti 700–1000ºC.
Tai užtikrina, kad nuosėdos bus sausos ir pašalinami vandens garai; todėl jo sudėtis tampa apibrėžta.
Panašiai, jei nuosėdos greitai suyra, temperatūra, kurioje jie turi būti kalkinti, turi būti pakankamai aukšta, kad būtų užtikrinta reakcijos pabaiga; kitaip jūs turėtumėte tvirtą neapibrėžtą kompoziciją.
Šios lygtys apibendrina du ankstesnius punktus:
A nH 2 O => A + nH 2 O (garai)
A + Q (šiluma) => B
Neapibrėžtos kietos medžiagos būtų A / A · nH 2 O ir A / B mišiniai , kai idealiu atveju jie turėtų būti gryni A ir B.
Pramoninis
Pramoniniame kalcinavimo procese kalcinavimo kokybė yra tokia pat svarbi kaip ir gravimetrinėje analizėje; tačiau skirtumas yra surinkime, metode ir pagamintuose kiekiuose.
Analitinėje dalyje siekiama ištirti reakcijos atlikimą arba kalcinuotojo savybes; Pramonės sektoriuje svarbiau, kiek pagaminama ir per kiek laiko.
Geriausias pramoninio kalcinavimo proceso vaizdas yra termiškai apdorotas kalkakmenis, kad jame būtų atlikta tokia reakcija:
CaCO 3 => CaO + CO 2
Kalcio oksidas, CaO, yra kalkės, reikalingos cementui gaminti. Jei pirmąją reakciją papildo šie du dalykai:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 => CaCO 3
Gauti CaCO 3 kristalai gali būti paruošti ir išmatuoti pagal tvirtas to paties junginio mases. Taigi gaunamas ne tik CaO, bet ir gaunami CaCO 3 mikrokristalų filtrai ir kiti rafinuoti cheminiai procesai.
Visi metaliniai karbonatai suyra vienodai, bet skirtingose temperatūrose; ty jų pramoniniai kalcinavimo procesai gali būti labai skirtingi.
Kalcinacijos tipai
Pats savaime nėra būdas klasifikuoti kalcinavimą, nebent remiamės procesu ir pokyčiais, kuriuos kietosios medžiagos patiria padidėjus temperatūrai. Žiūrint iš šios paskutinės perspektyvos, galima pasakyti, kad yra du kalcinavimo tipai: vienas cheminis, o kitas fizinis.
Chemija
Cheminis kalcinavimas yra toks, kai mėginys, kietas arba nuosėdos, suyra. Tai buvo paaiškinta CaCO 3 atveju . Po to, kai buvo taikoma aukšta temperatūra, junginys nėra tas pats.
Fizinis
Fizinis kalcinavimas yra toks, kai mėginio pobūdis galiausiai nesikeičia, kai jis išskiria vandens garus ar kitas dujas.
Pavyzdys yra visiška nuosėdų dehidratacija nereaguojant. Be to, kristalų dydis gali keistis priklausomai nuo temperatūros; esant aukštesnei temperatūrai, kristalai yra linkę būti didesni ir dėl to struktūra gali „įplyšti“ ar įtrūkti.
Paskutinis kalcinavimo aspektas: kristalų dydžio kontrolė nebuvo išsamiai aptarta, tačiau verta paminėti.
Programos
Galiausiai bus išvardytos bendrosios ir specialiosios kalcinavimo programos:
-Metalinių karbonatų skilimas jų oksiduose. Tas pats pasakytina apie oksalatus.
- Mineralų, želatininių oksidų ar bet kurio kito mėginio dehidratacija gravimetrinei analizei.
- pateikia kietą fazių perėjimą, kuris kambario temperatūroje gali būti metastabilus; tai yra, net jei jūsų naujieji kristalai būtų atvėsę, jiems prireiktų laiko grįžti į tai, kokie jie buvo prieš kalcinavimą.
- Suaktyvina aliuminio oksido arba anglies kiekį, kad padidintų jo porų dydį ir elgtųsi taip pat kaip absorbuojančios kietosios medžiagos.
- modifikuoja mineralinių nanodalelių, tokių kaip Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 , struktūrines, vibracines ar magnetines savybes ; tai yra, jie yra fiziškai kalcinuojami, kai šiluma daro įtaką kristalų dydžiui ar formoms.
-Tą patį ankstesnį poveikį galima pastebėti ir paprastesnėse kietosiose medžiagose, tokiose kaip SnO 2 nanodalelės , kurių dydis padidėja, kai jos yra priverstos aglomeruoti dėl aukštos temperatūros; arba neorganiniuose pigmentuose ar organiniuose dažikliuose, kai temperatūra ir grūdai turi įtakos jų spalvai.
- Ir kokso mėginiai desulfurizuoja iš žalios naftos, taip pat bet kurį kitą lakų junginį.
Nuorodos
- Day, R., ir Underwood, A. (1989). Kiekybinė analitinė chemija (penktasis leidimas). „PEARSON“ Prentice salė.
- Vikipedija. (2019 m.). Kalcinavimas. Atkurta iš: en.wikipedia.org
- Elsevier. (2019 m.). Kalcinavimas. „ScienceDirect“. Atkurta iš: sciencedirect.com
- Hubbe Martin. (sf). Mini enciklopedija apie popieriaus gamybos šlapio metalo chemiją. Atkurta iš: projects.ncsu.edu
- „Indrayana“, IPT, „Siregar“, N., Suharyadi, E., Kato, T. ir Iwata, S. (2016). Nanokristalinių Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 mikrostruktūrinių, virpesių spektrų ir magnetinių savybių priklausomybė nuo kalcinavimo temperatūros . Fizikos žurnalas: Konferencijų serija, 776 tomas, 1 leidimas, straipsnio id. 012021.
- „FEECO International, Inc.“ (2019 m.). Kalcinavimas. Atgauta iš: feeco.com
- Gaberis, MA Abdel-Rahim, AY Abdel-Latief, Mahmoud. N. Abdel-Salam. (2014). Kalcinavimo temperatūros įtaka nanokristalinio SnO 2 struktūrai ir poringumui, sintetinamiems įprastiniu kritulių metodu. Tarptautinis elektrocheminio mokslo žurnalas.