Термическое разложение

Термическое разложение , или термолиз , — это химическое разложение вещества, вызванное нагреванием. Температура разложения вещества – это температура , при которой вещество химически разлагается. Реакция обычно эндотермическая требуется тепло , поскольку для разрыва химических связей в разлагающемся соединении . Если разложение является достаточно экзотермическим , петля положительной обратной связи, создается вызывающая тепловой разгон и, возможно, взрыв или другую химическую реакцию.

Определение температуры разложения

Простое вещество (например, вода ) может существовать в равновесии с продуктами термического разложения, эффективно останавливая разложение. Равновесная доля разложившихся молекул увеличивается с повышением температуры.Поскольку термическое разложение является кинетическим процессом, наблюдаемая температура его начала в большинстве случаев будет зависеть от условий эксперимента и чувствительности экспериментальной установки. Для строгого описания процесса рекомендуется использовать термокинетическое моделирование. ^[1]

Основное определение : Термическое разложение — это распад соединения на два или более различных веществ с использованием тепла и представляет собой эндотермическую реакцию.

Примеры

Карбонат кальция (известняк или мел) при нагревании разлагается на оксид кальция и углекислый газ . Химическая реакция выглядит следующим образом:

СаСО ₃ → СаО + СО ₂

Реакция используется для получения негашеной извести , которая является промышленно важным продуктом.

Другой пример термического разложения — 2Pb(NO ₃ ) ₂ → 2PbO + O ₂ + 4NO ₂ .

Некоторые оксиды , особенно слабоэлектроположительных металлов , разлагаются при нагревании до достаточно высокой температуры. Классическим примером является разложение оксида ртути с образованием кислорода и металлической ртути . использовал Джозеф Пристли для приготовления образцов газообразного кислорода. Эту реакцию впервые
Когда вода нагревается до температуры более 2000 °C (2270 K; 3630 °F), небольшой ее процент разлагается на OH, одноатомный кислород, одноатомный водород, O ₂ и H ₂ . ^[2]
Соединением с самой высокой известной температурой разложения является окись углерода при температуре ≈3870 °C (≈7000 °F). ^{[ нужна ссылка ]}

Разложение нитратов, нитритов и соединений аммония

Бихромат аммония при нагревании дает азот, воду и оксид хрома (III).
Нитрат аммония при сильном нагревании дает оксид азота (« веселящий газ ») и воду.
Нитрит аммония при нагревании выделяет газообразный азот и воду.
Азид бария — «Ba(N 3)» при нагревании дает металлический барий и газообразный азот.
Азид натрия при нагревании при 300 ° C (573 K; 572 ° F) бурно разлагается на азот и металлический натрий.
Нитрат натрия при нагревании дает нитрит натрия и газообразный кислород.
Органические соединения, такие как третичные амины, при нагревании подвергаются элиминированию Гофмана и образуют вторичные амины и алкены.

Легкость разложения

Когда металлы находятся в нижней части ряда реакционной способности , их соединения обычно легко разлагаются при высоких температурах. Это связано с тем, что образуются более прочные связи между атомами в начале ряда реакционной способности , и прочные связи трудно разорвать. Например, медь находится в нижней части ряда реакционной способности, а сульфат меди (CuSO ₄ ) начинает разлагаться примерно при 200 °C (473 K; 392 °F), быстро увеличиваясь при более высоких температурах примерно до 560 °C (833 °C). К; 1040 °Ф). Напротив, калий находится в верхней части ряда реакционной способности, а сульфат калия (K ₂ SO ₄ ) не разлагается ни при температуре плавления около 1069 ° C (1342 K; 1956 ° F), ни даже при температуре кипения.

Практическое применение

На многие сценарии в реальном мире влияет термическая деградация. Одной из затронутых вещей являются отпечатки пальцев. Когда кто-нибудь к чему-то прикасается, от пальцев остаются следы. Если пальцы потные или содержат больше масла, остатки содержат много химикатов. Де Паоли и ее коллеги провели исследование, проверяющее термическую деградацию некоторых компонентов, обнаруженных в отпечатках пальцев. При воздействии тепла образцы аминокислот и мочевины начинали разлагаться при 100 °C (373 K; 212 °F), а в случае молочной кислоты процесс разложения начинался примерно при 50 °C (323 K; 122 °F). ^[3] Эти компоненты необходимы для дальнейшего тестирования, поэтому в криминалистике разложение отпечатков пальцев имеет большое значение.

См. также

Термическая деградация полимеров
Диаграмма Эллингема
Термохимический цикл
Термическая деполимеризация
Химическая термодинамика
Пиролиз – термическое разложение органического материала.
Газовый генератор

Ссылки

^ Кога, Нобуёси; Вязовкин, Сергей; Бернэм, Алан К.; Фавержон, Лоик; Муравьев Никита В.; Перес-Македа, Луис А.; Саггезе, Кьяра; Санчес-Хименес, Педро Э. (2023). «Рекомендации комитета по кинетике ICTAC по анализу кинетики термического разложения» . Термохимика Акта . 719 : 179384. doi : 10.1016/j.tca.2022.179384 . hdl : 10261/354012 . S2CID 253341877 .
^ Байкара С (2004). «Производство водорода прямым солнечным термическим разложением воды, возможности повышения эффективности процесса». Международный журнал водородной энергетики . 29 (14): 1451–1458. doi : 10.1016/j.ijhydene.2004.02.014 .
^ Де Паоли Дж., Льюис С.А., Шуэтт Э.Л., Льюис Л.А., Коннацер Р.М., Фаркас Т. (июль 2010 г.). «Исследования фото- и термической деградации избранных компонентов эккринных отпечатков пальцев». Журнал судебной медицины . 55 (4): 962–969. дои : 10.1111/j.1556-4029.2010.01420.x . ПМИД 20487155 . S2CID 37942037 .

[1] Кога, Нобуёси; Вязовкин, Сергей; Бернэм, Алан К.; Фавержон, Лоик; Муравьев Никита В.; Перес-Македа, Луис А.; Саггезе, Кьяра; Санчес-Хименес, Педро Э. (2023). «Рекомендации комитета по кинетике ICTAC по анализу кинетики термического разложения» . Термохимика Акта . 719 : 179384. doi : 10.1016/j.tca.2022.179384 . hdl : 10261/354012 . S2CID 253341877 .

[2] Байкара С (2004). «Производство водорода прямым солнечным термическим разложением воды, возможности повышения эффективности процесса». Международный журнал водородной энергетики . 29 (14): 1451–1458. doi : 10.1016/j.ijhydene.2004.02.014 .

[3] Де Паоли Дж., Льюис С.А., Шуэтт Э.Л., Льюис Л.А., Коннацер Р.М., Фаркас Т. (июль 2010 г.). «Исследования фото- и термической деградации избранных компонентов эккринных отпечатков пальцев». Журнал судебной медицины . 55 (4): 962–969. дои : 10.1111/j.1556-4029.2010.01420.x . ПМИД 20487155 . S2CID 37942037 .

[1]

[2]

[3]