Kalcinácia je proces, v ktorom je pevný vzorka podrobí vysokým teplotám v prítomnosti alebo v neprítomnosti kyslíka. V analytickej chémii je to jeden z posledných krokov gravimetrickej analýzy. Vzorka preto môže byť akejkoľvek povahy, anorganická alebo organická; ale najmä o minerály, íly alebo želatínové oxidy.
Ak sa kalcinácia vykonáva pod prúdmi vzduchu, vyskytuje sa v okysličenej atmosfére; ako je napríklad jednoduché zahrievanie tuhej látky pomocou produktu horenia v otvorených priestoroch alebo v peciach, na ktoré nie je možné aplikovať vákuum.
Zrnitá alebo alchymistická kalcinácia pod holým nebom. Zdroj: Pixabay.
Ak je kyslík nahradený dusíkom alebo vzácnym plynom, potom sa o kalcinácii hovorí v inertnej atmosfére. Rozdiel medzi atmosférami, ktoré interagujú s zahrievanou pevnou látkou, závisí od jej citlivosti na oxidáciu; to znamená, reagovať s kyslíkom a transformovať na inú oxidovanú zlúčeninu.
Kalcináciou nie je to, aby sa tuhá látka rozpustila, ale aby sa chemicky alebo fyzikálne upravila tak, aby spĺňala vlastnosti požadované pre jej aplikácie. Najznámejším príkladom je kalcinácia vápenca CaCO 3 na jeho premenu na vápno CaO potrebné pre betón.
proces
Vzťah medzi tepelným spracovaním vápenca a pojmom kalcinácia je taký blízky, že v skutočnosti nie je neobvyklé predpokladať, že sa tento proces uplatňuje iba na zlúčeniny vápnika; To však nie je pravda.
Všetky tuhé látky, anorganické alebo organické, sa môžu kalcinovať, pokiaľ sa neroztopia. Preto sa proces zahrievania musí uskutočniť pod teplotou topenia vzorky; Pokiaľ to nie je zmes, jedna z jej zložiek sa topí, zatiaľ čo ostatné zostávajú tuhé.
Kalcinačný proces sa líši v závislosti od vzorky, stupníc, cieľa a kvality pevnej látky po jej tepelnom spracovaní. To možno globálne rozdeliť na dva typy: analytický a priemyselný.
analytická
Ak je kalcinačný proces analytický, je to zvyčajne jeden z posledných nevyhnutných krokov gravimetrickej analýzy.
Napríklad po rade chemických reakcií sa získa zrazenina, ktorá počas jej tvorby nevyzerá ako čistá pevná látka; samozrejme za predpokladu, že zlúčenina je známa vopred.
Bez ohľadu na purifikačné techniky má zrazenina stále vodu, ktorá sa musí odstrániť. Ak sú takéto molekuly vody na povrchu, nebude potrebné ich odstraňovať pri vysokých teplotách; ale ak sú „zachytené“ vo vnútri kryštálov, potom môže byť potrebné, aby teplota rúry prekročila 700 - 1000 ° C.
To zaisťuje, že zrazenina je suchá a odparujú sa vodné pary; v dôsledku toho sa jeho zloženie stáva definitívnym.
Podobne, ak sa zrazenina podrobí tepelnému rozkladu, teplota, pri ktorej sa musí kalcinovať, musí byť dostatočne vysoká, aby sa zabezpečilo dokončenie reakcie; inak by ste mali pevnú nedefinovanú kompozíciu.
Nasledujúce rovnice sumarizujú dva predchádzajúce body:
Funkciu NH 2 O => A + nH 2 O (para)
A + Q (teplo) => B
Nedefinované pevných látok by boli zmesi A / A · nH 2 O a A / B, keď v ideálnom prípade by mala byť čisto A a B, v tomto poradí.
Priemyselný
V priemyselnom kalcinačnom procese je kvalita kalcinácie rovnako dôležitá ako v gravimetrickej analýze; ale rozdiel je v zostave, spôsobe a vyrobených množstvách.
Analytický sa snaží študovať výkonnosť reakcie alebo vlastnosti kalcinovanej; zatiaľ čo v priemyselnom sektore je dôležitejšie, koľko sa produkuje a ako dlho.
Najlepším príkladom priemyselného kalcinačného procesu je tepelné spracovanie vápenca tak, aby prešlo nasledujúcou reakciou:
CaCO 3 => CaO + CO 2
Oxid vápenatý, CaO, je vápno potrebné na výrobu cementu. Ak je prvá reakcia doplnená týmito dvoma:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 => CaCO 3
K výslednej CaCO 3 kryštály môžu byť pripravené a veľkosti z robustných hmôt rovnaké zlúčeniny. Tak nielen CaO je produkovaný, ale tiež CaCO 3 sa získajú mikrokryštály , ktoré sú nevyhnutné pre filtre a iné čisté chemické procesy.
Všetky uhličitany kovov sa rozkladajú rovnakým spôsobom, ale pri rôznych teplotách; to znamená, že ich priemyselné kalcinačné procesy sa môžu veľmi líšiť.
Druhy kalcinácie
Sama o sebe neexistuje spôsob, ako klasifikovať kalcináciu, pokiaľ sa nezaoberáme procesom a zmenami, ktoré tuhá látka prechádza zvyšovaním teploty. Z tohto posledného hľadiska je možné povedať, že existujú dva typy kalcinácie: jeden chemický a druhý fyzikálny.
chémia
Chemická kalcinácia je kalcinácia, pri ktorej vzorka, tuhá látka alebo zrazenina podliehajú tepelnému rozkladu. Toto bolo vysvetlené v prípade CaCO 3 . Po použití vysokých teplôt nie je zlúčenina rovnaká.
fyzický
Fyzikálna kalcinácia je taká, pri ktorej sa povaha vzorky na konci nezmení po uvoľnení vodnej pary alebo iných plynov.
Príkladom je úplná dehydratácia zrazeniny bez toho, aby prešla reakciou. Tiež sa môže meniť veľkosť kryštálov v závislosti od teploty; pri vyšších teplotách majú kryštály tendenciu byť väčšie a výsledkom môže byť „nafukovanie“ alebo praskanie štruktúry.
Tento posledný aspekt kalcinácie: kontrola veľkosti kryštálov nebola podrobne opísaná, ale treba spomenúť.
aplikácia
Nakoniec bude uvedený zoznam všeobecných a špecifických kalkulačných aplikácií:
- Rozklad kovových uhličitanov v ich príslušných oxidoch. To isté platí pre oxaláty.
- Dehydratácia minerálov, želatínových oxidov alebo akejkoľvek inej vzorky na gravimetrickú analýzu.
-Oddeľuje tuhú fázu na fázový prechod, ktorý môže byť pri izbovej teplote metastabilný; to znamená, že aj keby boli vaše nové kryštály ochladené, trvalo by nejaký čas, kým sa vrátia k stavu pred kalcináciou.
- Aktivuje oxid hlinitý alebo uhlík, aby sa zväčšila veľkosť jeho pórov a správali sa, ako aj absorbujúce pevné látky.
-Modifies štrukturálne, vibračné alebo magnetické vlastnosti minerálnych nanočastíc, ako je Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 ; to znamená, že sa podrobujú fyzikálnej kalcinácii, kde teplo ovplyvňuje veľkosť alebo tvar kryštálov.
-The rovnaký predchádzajúce účinok môže byť pozorovaný pri jednoduchších pevných látok, ako je napríklad Sno 2 nanočastíc , ktoré zvyšujú veľkosť, keď sú nútení aglomerátu vysokou teplotou; alebo v anorganických pigmentoch alebo organických farbivách, kde teplota a zrná ovplyvňujú ich farbu.
- Odsíruje vzorky koksu z ropy, ako aj z akejkoľvek inej prchavej zlúčeniny.
Referencie
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Kvantitatívna analytická chémia (piate vydanie). PEARSON Prentice Hall.
- Wikipedia. (2019). Žíhanie. Obnovené z: en.wikipedia.org
- Elsevier. (2019). Žíhanie. ScienceDirect. Obnovené z: sciposedirect.com
- Hubbe Martin. (SF). Mini-encyklopédia výroby papiera za mokra. Obnovené z: projects.ncsu.edu
- Indrayana, IPT, Siregar, N., Suharyadi, E., Kato, T. & Iwata, S. (2016). Kalcinačné teplota závislosť mikroskopickej, vibračné spektrum a magnetické vlastnosti nanokryštalickej Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 . Journal of Physics: Conference Series, Zväzok 776, 1. vydanie, ID článku. 012021.
- FEECO International, Inc. (2019). Žíhanie. Získané z: feeco.com
- Gaber, MA Abdel-Rahim, AY Abdel-Latief, Mahmoud. N. Abdel-Salam. (2014). Vplyv teploty kalcinácie na štruktúru a poréznosť nanokryštalického Sno 2 syntetizuje Konvenčné zrážok. Medzinárodný časopis elektrochemickej vedy.