实验五 固相反应动力学

实验五 DTA、DSC、TG

一、实验目的

1. 掌握TG法的原理，采用TG法研究固相反应的方法。

二、实验原理

固体材料在高温下加热时，因其中的某些组分分解逸出或固体与周围介质中的某些物质作用使固体物系的重量发生变化，如盐类的分解、含水矿物的脱水、有机质的燃烧等会使物系重量减轻，高温氧化、反应烧结等则会使物系重量增加。

现代热重分析仪常与微分装置联用，可同时得到TG-DTG曲线。通过测量物系质量随温度或时间的变化来揭示或间接揭示固体物系反应的机理或反应动力学规律。

固体物质中的质点，在高于绝对零度的温度下总是在其平衡位置附近作谐振动。温度升高时，振幅增大。当温度足够高时，晶格中的质点就会脱离晶格平衡位置，与周围其它质点产生换位作用，在单元系统中表现为烧结，在二元或多元系统则可能有新的化合物出现。这种没有液相或气相参与，由固体物质之间直接作用所发生的反应称为纯固相反应。实际生产过程中所发生的固相反应，往往有液相或气相参与，这就是所谓的广义固相反应，即由固体反应物出发，在高温下经过一系列物理化学变化而生成固体产物的过程。

固相反应属于非均相反应，描述其动力学规律的方程，通常采用转化率G(已反应的反应物量与反应物原始重量的比值)与反应时间t之间的积分或微分关系来表示。

测量固相反应速率，可以通过TG法(适应于反应中有重量变化的系统)、量气法(适应于有气体产物逸出的系统)等方法来实现。

三、图形分析

红色的线代表TG曲线，即失重，第一个失重阶段是失去吸附水，接着是脱羟基，然后蛇纹石分解为镁橄榄石和顽火辉石。

蓝色曲线代表DTA曲线，在425.9℃和658.5℃有吸热峰，分别代表失水和蛇纹石的分解阶段。在826.3℃时有个放热峰，代表晶型转变，顽火辉石的结晶和镁橄榄石的重结晶。

绿色的线是 DTG曲线，在135.3℃有个峰，表示自由水的丢失，418.9℃的峰表示失去羟基，650.4℃的峰表示蛇纹石分解。