Den kalcinering er en proces, hvor en fast prøve udsættes for høje temperaturer i den nærvær eller fravær af oxygen. I analytisk kemi er det et af de sidste trin i gravimetrisk analyse. Prøven kan derfor være af enhver art, uorganisk eller organisk; men især handler det om mineraler, lerarter eller gelatinøse oxider.
Når kalcinering udføres under luftstrømme, siges det, at den forekommer i en iltet atmosfære; såsom simpelthen opvarmning af et fast stof med brandprodukt med forbrænding i åbne rum eller i ovne, hvortil vakuum ikke kan påføres.
Rudimentær eller alkymisk calcination under den åbne himmel. Kilde: Pixabay.
Hvis ilt erstattes af nitrogen eller en ædelgas, siges kalcinering at ske under en inert atmosfære. Forskellen mellem de atmosfærer, der interagerer med det opvarmede faste stof, afhænger af dets følsomhed over for oxidation; det vil sige at reagere med ilt for at transformere til en anden mere oxideret forbindelse.
Hvad der søges med kalcinering, er ikke at smelte det faste stof, men at modificere det kemisk eller fysisk for at imødekomme de kvaliteter, der kræves til dets anvendelser. Det bedst kendte eksempel er kalcinering af kalksten, CaCO 3, for at omdanne den til kalk, CaO, der er nødvendig til beton.
Behandle
Forholdet mellem varmebehandling af kalksten og udtrykket kalcinering er så tæt, at det faktisk ikke er usædvanligt at antage, at denne proces kun gælder for calciumforbindelser; Dette er dog ikke sandt.
Alle faste stoffer, uorganiske eller organiske, kan calcine, så længe de ikke smelter. Derfor skal opvarmningsprocessen forekomme under prøveens smeltepunkt; Medmindre det er en blanding, hvor en af dens komponenter smelter, mens de andre forbliver faste.
Kalcineringsprocessen varierer afhængigt af prøven, skalaerne, objektivet og kvaliteten af det faste stof efter dets varmebehandling. Dette kan deles globalt i to typer: analytisk og industrielt.
Analytisk
Når kalsineringsprocessen er analytisk, er det generelt et af de sidste uundværlige trin til gravimetrisk analyse.
For eksempel er der efter en række kemiske reaktioner opnået et bundfald, der under dens dannelse ikke ligner et rent fast stof; naturligvis under forudsætning af at forbindelsen er kendt på forhånd.
Uanset rensningsteknikkerne har bundfaldet stadig vand, der skal fjernes. Hvis sådanne vandmolekyler er på overfladen, er høje temperaturer ikke påkrævet for at fjerne dem; men hvis de "fanges" inde i krystallerne, kan ovnstemperaturen muligvis være over 700-1000 ºC.
Dette sikrer, at bundfaldet er tørt og vanddamp fjernes; følgelig bliver dens sammensætning klar.
Ligeledes, hvis bundfaldet gennemgår termisk nedbrydning, skal temperaturen, ved hvilket det skal kalcineres, være høj nok til at sikre, at reaktionen er fuldstændig; Ellers ville du have et fast stof med en ikke-defineret sammensætning.
Følgende ligninger opsummerer de to foregående punkter:
A nH 2 O => A + nH 2 O (damp)
A + Q (varme) => B
De udefinerede faststofindholdet ville være blandinger A / A · nH 2 O og A / B, når ideelt set bør de være ren A og B, hhv.
Industriel
I en industriel kalcineringsproces er kvaliteten af kalcineringen lige så vigtig som ved gravimetrisk analyse; men forskellen er i samlingen, metoden og de producerede mængder.
I den analytiske forsøger man at undersøge effektiviteten af en reaktion eller egenskaberne ved den calcinerede; i industrien er det vigtigere, hvor meget der produceres, og hvor længe.
Den bedste repræsentation af en industriel kalcineringsproces er varmebehandlingen af kalksten, så den gennemgår følgende reaktion:
CaCO 3 => CaO + CO 2
Calciumoxid, CaO, er den kalk, der er nødvendig til fremstilling af cement. Hvis den første reaktion suppleres med disse to:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 => CaCO 3
De resulterende CaCO 3 krystaller kan være forberedt og dimensioneret fra robuste masserne af den samme forbindelse. Således produceres ikke kun CaO, men også CaCO 3- mikrokrystaller, nødvendige for filtre og andre raffinerede kemiske processer.
Alle metalliske carbonater nedbrydes på samme måde, men ved forskellige temperaturer; deres industrielle kalcineringsprocesser kan være meget forskellige.
Typer af kalcinering
I sig selv er der ingen måde at klassificere kalcinering, medmindre vi baserer os på processen og på de ændringer, som det faste stof gennemgår med stigningen i temperatur. Fra dette sidste perspektiv kan det siges, at der er to typer kalcinering: den ene kemikalie og den anden fysisk.
Kemi
Kemisk kalcinering er en, hvor prøven, faststof eller bundfald undergår termisk nedbrydning. Dette blev forklaret med hensyn til CaCO 3. Forbindelsen er ikke den samme, efter at de høje temperaturer er blevet anvendt.
Fysisk
Fysisk kalcinering er en, hvor arten af prøven ikke ændrer sig til sidst, når den har frigivet vanddamp eller andre gasser.
Et eksempel er den totale dehydrering af et bundfald uden at have gennemgået en reaktion. Størrelsen af krystallerne kan også ændre sig afhængigt af temperaturen; ved højere temperaturer har kristallerne en tendens til at være større, og strukturen kan "pustes" eller revne som et resultat.
Dette sidste aspekt af kalcinering: kontrol med størrelsen på krystallerne er ikke blevet behandlet i detaljer, men det er værd at nævne.
Applikationer
Endelig vil en række generelle og specifikke kalcineringsapplikationer blive vist:
- Nedbrydning af metalliske carbonater i deres respektive oxider. Det samme gælder for oxalater.
-Dehydrering af mineraler, gelatineholdige oxider eller enhver anden prøve til gravimetrisk analyse.
-Sender et fast til en faseovergang, som kan være metastabelt ved stuetemperatur; det vil sige, selvom dine nye krystaller blev afkølet, ville det tage tid at vende tilbage til, hvordan de var før kalcinering.
-Aktiverer aluminiumoxid eller kulstof for at øge størrelsen på dets porer og opføre sig såvel som absorberende faste stoffer.
-Modifies de strukturelle, vibrationelle eller magnetiske egenskaber af mineralske nanopartikler såsom Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4; det vil sige, de gennemgår fysisk kalcinering, hvor varme påvirker størrelsen eller formen på krystallerne.
-De samme tidligere virkning kan observeres i enklere faste stoffer, såsom SnO 2- nanopartikler, som stiger i størrelse, når de tvinges til at agglomerere ved høje temperaturer; eller i uorganiske pigmenter eller organiske farvestoffer, hvor temperaturen og kornene påvirker deres farver.
-Og afsvovler koksprøver fra råolie såvel som enhver anden flygtig forbindelse.
Referencer
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Kvantitativ analytisk kemi (femte udgave). PEARSON Prentice Hall.
- Wikipedia. (2019). Brænding. Gendannet fra: en.wikipedia.org
- Elsevier. (2019). Brænding. ScienceDirect. Gendannes fra: sciencedirect.com
- Hubbe Martin. (Sf). Mini-encyklopædi for papirfremstilling Wet-End Chemistry. Gendannes fra: projects.ncsu.edu
- Indrayana, IPT, Siregar, N., Suharyadi, E., Kato, T. & Iwata, S. (2016). Calcineringstemperaturen afhængighed af mikrostrukturel, vibrationelle spektre og magnetiske egenskaber af nanokrystallinske Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4. Journal of Physics: Conference Series, bind 776, nummer 1, artikel-id. 012.021.
- FEECO International, Inc. (2019). Brænding. Gendannes fra: feeco.com
- Gaber, MA Abdel-Rahim, AY Abdel-Latief, Mahmoud. N. Abdel-Salam. (2014). Indflydelse af kalcineringstemperatur på strukturen og porøsiteten af nanokrystallinsk SnO 2 syntetiseret ved en konventionel præcipiteringsmetode. International Journal of Electrochemical Science.