The kalcinace je proces, při kterém je pevný vzorek vystaven vysokým teplotám v přítomnosti nebo nepřítomnosti kyslíku. V analytické chemii je to jeden z posledních kroků gravimetrické analýzy. Vzorek proto může být jakékoli povahy, anorganické nebo organické; ale zejména jde o minerály, jíly nebo želatinové oxidy.
Když se kalcinace provádí pod proudy vzduchu, říká se, že k ní dochází v okysličené atmosféře; jako je jednoduché ohřívání pevné látky produktem spalování v otevřeném prostoru nebo v pecích, na které nelze aplikovat vakuum.
Pokud je kyslík nahrazen dusíkem nebo ušlechtilým plynem, pak se říká, že ke kalcinaci dochází v inertní atmosféře. Rozdíl mezi atmosférami, které interagují se zahřátou pevnou látkou, závisí na její citlivosti na oxidaci; to znamená reagovat s kyslíkem a přeměnit se na další více oxidovanou sloučeninu.
Při kalcinaci se nepožaduje roztavení pevné látky, ale její chemická nebo fyzikální úprava tak, aby splňovala vlastnosti požadované pro její použití. Nejznámějším příkladem je kalcinace vápence, CaCO3, převést jej na vápno, CaO, nutné pro beton.
Rejstřík článků
Vztah mezi tepelným zpracováním vápence a pojmem kalcinace je tak blízký, že ve skutečnosti není neobvyklé předpokládat, že se tento proces vztahuje pouze na sloučeniny vápníku; To však není pravda.
Všechny pevné látky, anorganické nebo organické, mohou kalcinovat, pokud se nerozpustí. Proces zahřívání proto musí probíhat pod teplotou tání vzorku; Pokud se nejedná o směs, kde se jedna z jejích složek roztaví, zatímco ostatní zůstanou pevné.
Proces kalcinace se liší v závislosti na vzorku, stupnicích, cíli a kvalitě pevné látky po jejím tepelném zpracování. To lze globálně rozdělit na dva typy: analytické a průmyslové.
Když je kalcinační proces analytický, je to obvykle jeden z posledních základních kroků pro gravimetrickou analýzu..
Například po sérii chemických reakcí byla získána sraženina, která během svého vzniku nevypadá jako čistá pevná látka; očividně za předpokladu, že sloučenina je známa předem.
Bez ohledu na čisticí techniky má sraženina stále vodu, která musí být odstraněna. Pokud jsou tyto molekuly vody na povrchu, nebude k jejich odstranění zapotřebí vysoké teploty; ale pokud jsou „zachyceny“ uvnitř krystalů, pak může být nutné, aby teplota v peci překročila 700–1 000 ° C..
Tím je zajištěno, že sraženina je suchá a vodní páry jsou odstraněny; následně je definováno jeho složení.
Také pokud sraženina prochází tepelným rozkladem, musí být teplota, při které musí být kalcinována, dostatečně vysoká, aby byla zajištěna úplnost reakce; jinak byste měli pevnou složku nedefinovaného složení.
Následující rovnice shrnují dva předchozí body:
A nHdvaO => A + nHdvaO (pára)
A + Q (teplo) => B
Nedefinované pevné látky by byly směsi A / A nHdvaO a A / B, pokud by v ideálním případě měly být čisté A, respektive B..
V průmyslovém kalcinačním procesu je kvalita kalcinace stejně důležitá jako v gravimetrické analýze; ale rozdíl je v sestavě, metodě a vyrobeném množství.
V analytické se člověk snaží studovat výtěžek reakce nebo vlastnosti kalcinované; zatímco v průmyslovém sektoru je důležitější, kolik se vyprodukuje a za jak dlouho.
Nejlepším příkladem průmyslového kalcinačního procesu je tepelné zpracování vápence tak, aby prošlo následující reakcí:
Zloděj3 => CaO + COdva
Oxid vápenatý, CaO, je vápno nezbytné pro výrobu cementu. Pokud je první reakce doplněna těmito dvěma:
CaO + HdvaO => Ca (OH)dva
Ca (OH)dva + COdva => CaCO3
Lze připravit a řídit velikost krystalů CaCO3 vyplývající z robustních hmot stejné sloučeniny. Vyrábí se tedy nejen CaO, ale i mikrokrystaly CaCO.3, potřebné pro filtry a jiné rafinované chemické procesy.
Všechny uhličitany kovu se rozkládají stejným způsobem, ale při různých teplotách; to znamená, že jejich průmyslové kalcinační procesy mohou být velmi odlišné.
Sama o sobě neexistuje způsob klasifikace kalcinace, ledaže bychom vycházeli z procesu a změn, kterými pevná látka prochází zvýšením teploty. Z této poslední perspektivy lze říci, že existují dva typy kalcinace: jeden chemický a druhý fyzikální..
Chemická kalcinace je taková, při které vzorek, pevná látka nebo sraženina prochází tepelným rozkladem. To bylo vysvětleno pro případ CaCO3. Sloučenina není po aplikaci vysokých teplot stejná.
Fyzikální kalcinace je taková, při které se povaha vzorku na konci nezmění, jakmile uvolní vodní páru nebo jiné plyny.
Příkladem je celková dehydratace sraženiny bez reakce. Velikost krystalů se také může měnit v závislosti na teplotě; při vyšších teplotách mají krystaly tendenci být větší a struktura se tak může „nafouknout“ nebo prasknout.
Tento poslední aspekt kalcinace: kontrola velikosti krystalů, nebyl podrobně popsán, ale stojí za zmínku..
Nakonec bude uvedena řada obecných a specifických kalcinačních aplikací:
-Rozklad uhličitanů kovů na jejich oxidy. Totéž platí pro oxaláty.
-Dehydratace minerálů, oxidů želatiny nebo jiného vzorku pro gravimetrickou analýzu.
-Podléhá tuhému fázovému přechodu, který by mohl být metastabilní při pokojové teplotě; to znamená, že i kdyby byly vaše nové krystaly ochlazeny, trvalo by nějakou dobu, než by se vrátily k stavu před kalcinací.
-Aktivuje oxid hlinitý nebo uhlík, aby zvýšil velikost pórů a choval se stejně jako absorpční pevné látky.
-Upravuje strukturní, vibrační nebo magnetické vlastnosti minerálních nanočástic, jako je Mn0,5Zn0,5VíradvaNEBO4; to znamená, že podstoupí fyzickou kalcinaci, kde teplo ovlivňuje velikost nebo tvary krystalů.
-Stejný předchozí účinek lze pozorovat u jednodušších pevných látek, jako jsou nanočástice SnO.dva, které se zvětšují, když jsou nuceny aglomerovat vysokými teplotami; nebo v anorganických pigmentech nebo organických barvivech, kde teplota a zrna ovlivňují jejich barvy.
-A odsíří vzorky koksu ze surové ropy, stejně jako z jiných těkavých sloučenin.
Zatím žádné komentáře