CCF20091008107

Rozdział XXI

ANALIZA TERMICZNA

1. Wprowadzenie

Istotą analizy termicznej jest badanie efektów .cieplnych-i zmian Wagowych zachodzących na skutek fizycznych, fizykochemicznych i chemicznych przemian substancji pod wpływem zmian ich temperatury.

Mechanizm wykonywania analizy termicznej polega na tym, że podczas ogrzewania badanej próbki odbywa się nieprzerwany zapis temperatury oraz różnicy temperatur między badaną próbką a substancją wzorcową. Zapis ten może być wykonywany w różny sposób. Obecnie najczęściej temperatura jest mierzona za pomocą termopary umieszczonej w substancji wzorcowej oraz galw ano metru zwierciadlanego. Podczas nagrzewania w termoparze powstaje siła elektromotoryczna, wzrastająca wraz ze wzrostem temperatury. Efekt ten powoduje odpowiednie odchylenie lusterka galwanometru, a promień światła odbity od niego jest rejestrowany na papierze światłoczułym.

Efekty cieplne zachodzące w badanej próbce podczas jej ogrzewania rejestruje się mierząc różnicę temperatur za pomocą dwóch termoelementów różnicowych, z których jeden jest umieszczony w badanej substancji, a drugi w substancji wzorcowej, tj. takiej, której temperatura zależy tylko od ilości doprowadzonego ciepła, gdyż nie zachodzą w niej żadne reakcje związane z wydzielaniem lub pochłanianiem ciepła. Oba termoelementy są podłączone jednoimiennie. Ponieważ óba, wraz z substancjami, znajdują się równocześnie w tym samym piecu, temperatura, jaka wystąpi na końcówkach zespołu termoelementów, jest odzwierciedleniem procesów cieplnych zachodzących w badanej substancji. Powstała różnica potencjałów powoduje przepływ prądu elektrycznego, co wywołuje wychylenie galwano-metrów, odpowiednie do napięcia prądu.

W ten sposób otrzymuje się wykres zwany krzywą różnicową (krzywa DTA — ang. differential thermal anatysis).

Materiał, z jakiego są zrobione termopary, zależy od temperatury, do której nagrzewa się próbkę. Najczęściej stosowaną i najwygodniejszą jest termopara piaty no wo-rodowo-platynowa, która wytrzymuje temperatury do 1600°C, nie utleniając się.

W ogrzewanych próbkach zachodzą reakcje, którym towarzyszy wydzielanie

22 fi

albo pochłanianie energii cieplnej. Powoduje to powstawanie w termoparach prądów różnokierunkowych. Zmiany spowodowane pochłanianiem ciepła przez próbki nazywamy zmianami (efektami) endotermicznymi, a spowodowane wydzielaniem ciepła — egzotermicznymi. Efektom endotermicznym odpowiada wychylenie krzywej termicznej w dół, efektom egzotermicznym w górę. Brak różnic temperatury jest rejestrowany w postaci prostej, która wskazuje na brak reakcji w próbce. Zgodnie z zaleceniami Międzynarodowej Konfederacji Termicznej Analizy (ICTA) ugięcia (wychylenia) endotermiczne nazywane są endotermami, egzotermiczne — egzotermami (R. Wyrwicki, 1996).

Identyfikacja minerałów i innych substancji metodą termiczną jest możliwa dzięki temu, że przemiany termiczne przebiegają dla różnych minerałów w różnej temperaturze i z różnym nasileniem. Przemiany te zachodzą zarówno w próbce monomineralnej, jak i w minerale zawartym w mieszaninie, na ogół w tej samej temperaturze.

Podstawowe procesy zachodzące przy nagrzewaniu gruntów i rejestrowane na krzywej DTA przedstawiono w tabeli 49.

Dzięki zastosowaniu aparatu zwanego derywatografem (ryc. 79) (będącego znacznie ulepszoną i bardziej skomplikowaną postacią stosowanych wcześniej aparatów do termicznej analizy różnicowej), w trakcie nagrzewania próbki wykonujemy jednocześnie termiczną analizę różnicową oraz analizę zmian wagowych.

Ryc. 79. Schemat detywatografu: I — piec, 2 — pojemnik na substancję wzorcową, 3 — pojemnik na badaną próbkę, 4 — terraopara, 5 — osłona ceramiczna na termopary, 6 — soczewka, 7 — termowaga, 8 — żarówki oświetlające, 9 — bieguny magnesu, 10 — uzwojenie, 11 — galwanomctry, 12 — urządzenie rejestrujące

227