Kalsinasyon katı numunesi, yüksek sıcaklıklara tabi olan bir işlemdir varlığında veya oksijen yokluğunda. Analitik kimyada, gravimetrik analizin son adımlarından biridir. Bu nedenle numune inorganik veya organik herhangi bir doğaya sahip olabilir; ama özellikle mineraller, killer veya jelatinimsi oksitler hakkındadır.
Hava akımları altında kalsinasyon yapıldığında, oksijenli bir atmosferde meydana geldiği söylenir; örneğin açık alanlarda veya vakum uygulanamayan fırınlarda bir katının yanma ürünü ile basitçe ısıtılması gibi.
Açık havada ilkel veya simyasal kalsinasyon. Kaynak: Pixabay.
Oksijen nitrojen veya soy gaz ile değiştirilirse, kalsinasyonun inert bir atmosfer altında gerçekleştiği söylenir. Isıtılmış katı ile etkileşime giren atmosferler arasındaki fark, oksidasyona duyarlılığına bağlıdır; yani, oksijenle reaksiyona girerek daha oksitlenmiş başka bir bileşiğe dönüşmesidir.
Kalsinasyon ile aranan, katıyı eritmek değil, uygulamaları için gerekli nitelikleri karşılayacak şekilde kimyasal veya fiziksel olarak modifiye etmektir. En iyi bilinen örnek, kireçtaşı CaCO 3'ün beton için gerekli olan kireç CaO'ya dönüştürülmesidir.
süreç
Kireç taşının ısıl işlemi ile kalsinasyon terimi arasındaki ilişki o kadar yakındır ki aslında bu işlemin yalnızca kalsiyum bileşikleri için geçerli olduğunu varsaymak alışılmadık bir durum değildir; Ancak bu doğru değil.
İnorganik veya organik tüm katılar, erimedikleri sürece kireçlenebilir. Bu nedenle, ısıtma işlemi numunenin erime noktasının altında gerçekleşmelidir; Aksi takdirde, bileşenlerinden birinin eriyip diğerlerinin katı kaldığı bir karışımdır.
Kalsinasyon işlemi, ısıl işlemden sonra katının numunesine, ölçeklerine, amacına ve kalitesine bağlı olarak değişir. Bu, küresel olarak iki türe ayrılabilir: analitik ve endüstriyel.
Analitik
Kalsinasyon işlemi analitik olduğunda, genellikle gravimetrik analiz için vazgeçilmez son adımlardan biridir.
Örneğin, bir dizi kimyasal reaksiyondan sonra, oluşumu sırasında saf bir katı gibi görünmeyen bir çökelti elde edilmiştir; açıkça bileşiğin önceden bilindiğini varsayarsak.
Arıtma tekniklerinden bağımsız olarak, çökeltinin hala çıkarılması gereken su vardır. Yüzeyde bu tür su molekülleri varsa, onları uzaklaştırmak için yüksek sıcaklıklar gerekli olmayacaktır; ancak kristallerin içinde "hapsolurlar "sa, o zaman fırın sıcaklığının 700-1000ºC'yi aşması gerekebilir.
Bu, çökeltinin kuru olmasını ve su buharlarının giderilmesini sağlar; sonuç olarak bileşimi kesinleşir.
Benzer şekilde, çökelti termal ayrışmaya maruz kalırsa, kalsine edilmesi gereken sıcaklık, reaksiyonun tamamlanmasını sağlamak için yeterince yüksek olmalıdır; aksi takdirde, tanımlanmamış bir kompozisyona sahip olursunuz.
Aşağıdaki denklemler önceki iki noktayı özetler:
A nH 2 O => A + nH 2 O (buhar)
A + Q (ısı) => B
Tanımlanmamış katı karışımlar A / A · nH olacaktır 2 ideal olarak sırasıyla B saf bir olması ve ne zaman, O ve A / B.
Sanayi
Endüstriyel bir kalsinasyon işleminde, kalsinasyonun kalitesi gravimetrik analizde olduğu kadar önemlidir; ancak fark montajda, yöntemde ve üretilen miktarlardadır.
Analitikte, bir reaksiyonun performansını veya kalsine edilmiş maddenin özelliklerini incelemeye çalışır; sanayi sektöründe ise ne kadar ve ne kadar süre üretildiği daha önemlidir.
Endüstriyel bir kalsinasyon işleminin en iyi temsili, kireç taşının aşağıdaki reaksiyona girmesi için ısıl işlem görmesidir:
CaCO 3 => CaO + CO 2
Kalsiyum oksit, CaO, çimento yapmak için gerekli olan kireçtir. İlk reaksiyon bu ikisiyle tamamlanırsa:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 => CaCO 3
Elde edilen CaCO 3 kristalleri hazırlanmış ve boyutlandırılmış olabilir aynı bileşiğin sağlam kütlelerinden. Böylece, sadece CaO üretilmez, aynı zamanda filtreler ve diğer rafine kimyasal işlemler için gerekli olan CaCO 3 mikro kristalleri de elde edilir .
Tüm metalik karbonatlar aynı şekilde, ancak farklı sıcaklıklarda ayrışır; yani endüstriyel kalsinasyon süreçleri çok farklı olabilir.
Kalsinasyon türleri
Kendimizi sürece ve katının artan sıcaklıkla maruz kaldığı değişikliklere dayandırmadıkça, kendi içinde kalsinasyonu sınıflandırmanın bir yolu yoktur. Bu son bakış açısından iki tür kalsinasyon olduğu söylenebilir: biri kimyasal, diğeri fiziksel.
Kimya
Kimyasal kalsinasyon, numune, katı veya çökeltinin termal ayrışmaya uğradığı yerdir. Bu, CaCO 3 durumu için açıklandı . Yüksek sıcaklıklar uygulandıktan sonra bileşik aynı değildir.
Fiziksel
Fiziksel kalsinasyon, numunenin doğasının su buharı veya diğer gazları serbest bıraktıktan sonra sonunda değişmediği bir durumdur.
Bir çökeltinin reaksiyona girmeden tamamen dehidrasyonu buna bir örnektir. Ayrıca kristallerin boyutu sıcaklığa bağlı olarak değişebilir; daha yüksek sıcaklıklarda kristaller daha büyük olma eğilimindedir ve bunun sonucunda yapı "kabarabilir" veya çatlayabilir.
Kalsinasyonun bu son yönü: kristallerin boyutunun kontrolü ayrıntılı olarak ele alınmadı, ancak bahsetmeye değer.
Uygulamalar
Son olarak, bir dizi genel ve özel kalsinasyon uygulamaları listelenecektir:
- Metalik karbonatların ilgili oksitlerinde ayrışması. Aynı şey oksalatlar için de geçerlidir.
- Minerallerin, jelatinimsi oksitlerin veya gravimetrik analiz için diğer herhangi bir örneğin dehidrasyonu.
- Oda sıcaklığında yarı kararlı olabilen bir katı faz geçişine gönderir; yani, yeni kristalleriniz soğutulsa bile, kalsinasyondan önceki haline dönmeleri zaman alacaktı.
- Emici katıların yanı sıra gözeneklerini büyütmek ve davranmak için alümina veya karbonu aktif hale getirir.
-Mn 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 gibi mineral nanopartiküllerin yapısal, titreşimsel veya manyetik özelliklerini değiştirir ; yani, ısının kristallerin boyutunu veya şekillerini etkilediği fiziksel kalsinasyona uğrarlar.
-The Bu husus bir önceki etki, SnO gibi daha basit katı gözlenebilmektedir 2 nanopartiküller , yüksek sıcaklıklarda aglomerasyon zorlandığı zaman boyutu artış; veya inorganik pigmentlerde veya organik renklendiricilerde, sıcaklık ve taneciklerin renklerini etkilediği yerlerde.
- Ve ham petrolden ve diğer uçucu bileşiklerden kok numunelerini kükürt giderir.
Referanslar
- Day, R. ve Underwood, A. (1989). Quantitative Analytical Chemistry (beşinci baskı). PEARSON Prentice Salonu.
- Vikipedi. (2019). Kalsinasyon. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
- Elsevier. (2019). Kalsinasyon. ScienceDirect. Kurtarıldı: sciencedirect.com
- Hubbe Martin. (Sf). Kağıt Yapımı Islak Uç Kimyası Mini Ansiklopedisi. Kurtarıldı: projects.ncsu.edu
- Indrayana, IPT, Siregar, N., Suharyadi, E., Kato, T. ve Iwata, S. (2016). Nanokristalin Mn 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4'ün mikroyapısal, titreşim spektrumları ve manyetik özelliklerinin kalsinasyon sıcaklığına bağımlılığı . Journal of Physics: Conference Series, Cilt 776, Sayı 1, makale kimliği. 012.021.
- FEECO International, Inc. (2019). Kalsinasyon. Ücretico.com'dan kurtarıldı
- Gaber, MA Abdel-Rahim, AY Abdel-Latief, Mahmoud. N. Abdel-Salam. (2014). Konvansiyonel Çöktürme Yöntemi ile Sentezlenen Nanokristalin SnO 2'nin Yapısı ve Gözenekliliği Üzerine Kalsinasyon Sıcaklığının Etkisi . International Journal of Electrochemical Science.