Способ определения теплоты химических реакций

 

Использование: калориметрия. Сущность изобретения: импульсным лазерным излучением плотностью энергии 10- 104 Дж/см2 и плотностью мощности 5,4 103-5,0108 Вт/см2 нагревают исследуемый материал в калориметре. Тепловой эффект реакции определяют как разность между общей теплотой, измеренной калориметром , и балластной энергией лазерного излучения, которым инициируют химическую реакцию. 1 ил., 3 табл. .

со!Оз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 G 01 К 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ГН И ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! л

К ЛВтОРСКОМЧ СаИДЯТЕЛЬСтЮ 1 (21) 4800579/10 (22) 25.01.90 (46) 15.07.92, Бюл. N. 26 (71) МГУ им, M.Â.Ëîìîíoñîâà (72) Л.M,Âèäàâñêèé, И.И.Короткевич и Г.В.Хильченко (53) 536.628.3(088.8) (56) 7-я Всесоюзная конференция по калориметрии (тезисы докладов}, Черноголовка, 1977, стр; 30-32, Видавский Л,M. Использование оптических квантовых генераторов в калориметрии (тезисы докладов 6-й Всесоюзной конференции по калориметрии), 1973, Тбилиси, С.534-538, Изобретение относится к термохимичеСким исследованиям неорганических соединений и может быть использовано в калориметрии для полуиения данных по стандартным энтальпиям образования, Известен способ прямого определения теплоты химических реакций, состоящий в том, что хймические компоненты, помещейные в вакуумированную ампулу, находящуюся в калориметрической бомбе, сплавляют посредством электрического нагревателя и проводят измерения выделившейся в калориметре теплоты, Вычитая из измеренного количества теплоты "балластную" электрическую энергию, определяют тепловоР эффект реакции.

Недостатком этого способа является невысокая точность измерения (3 — 5%). Кроме того, ограничен круг реакций (способ неприменим в Tsx случаях,"когда температура в зоне реакций превышает (1000-1100 С).

2 (54) СПОСОб ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ

ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ (57) Использование: калориметрия. Сущность изобретения: импульсным лазерным излучением плотностью энергии 1010 Дж/см и плотностью мощности

5,4 10 — 5,0 10 Вт/см нагревают исслез 8 2 дуемый материал в калориметре, Тепловой эффект реакции определяют как разность между общей теплотой, измеренной калориметром, и балластной энергией лазерного излучения, которым йнициируют химическую реакцию. 1 ил., 3 табл, .

I

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ определения теплоты химических реакций, состоящий в том, что инициируют реакцию между исходными компонентами лазерным излучением плотностью энергии (10-10 );

Дж/м и измеряют тепловой эффект реакг ции калориметром, Недостатком этого способа является невысокая точность измерения (3 — 4%). !

Целью изобретения является повышение точности измерения теплоты химиче- а ской реакции;

Для этого предложенный способ включает иницийрованиб Реакции между исходными компонентами лазерным излучением с длиной волны не менее 0 4 мкм. с плотностью энергии (1 0-1 04} Дж/см, с плотностью мощности в пределах моо1ностй в пределах (5,4 10 — 5.0 10 ) Вт/см .

1747953

Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерения теплоты реакции в (3-4) раза.

При высокой плотности мощности лазерного излучения в калориметре осущест- 5 вляются реакции, которые требуют достижения высоких температур для инициирования. Реакция синтеза Mo+2SI = MoSlz требует достижения температуры 2500 С, реакция синтеза Zr+C = ZrC - 2100 С. - 10

Для реализации способа использование лазерного излучения с длиной волны менее 0,4 мкм требует существенно более сложного аппаратурного оформления, что усложняет способ. 15

Плотность мощности . менее 5 4 10

Вт/см недостаточна. для инициирования большинства химических реакций. Плотность мощности более 5,0 f0 Вт/см. является избыточной для большинства 20 химических реакций и не йриводит к дополнительному положительному эффекту. На" против, прйменение лазерного излучения со значительной плотностью мощности увеличивает ошибку эксйеримента, 25

Предложенный способ поясняется чертежом. Излучение лазера 1, имею щее достаточную для инициирования реакции йлотность мощности, попадает в калориметр 2 через окно 3 и нагревает исс.- 30 . ледуемйй материал 4, Одновременно измерйтелем лазерной энергии 5 измеряют энергию той части лазерного излучения, которая отражается от светоделительной пластины 6. Из схемы вытекает наличие 35 однозначного соответствия между показаниями измерителя лазерной энергии и количествои лазерной энергии, попадающей в калориметр, Исходные компоненты исследуемого материала в результате воздейст- 40 аия лазерного излучател-я вступают в химическОе взаимодействие. Тепловой эффект реакцйи s сумме с "балластной" энергией измеряют калориметром.

П р и и е р 1. Порошки никеля и серы, 45 взятые в массовом соотношении 4;1, перемешивают и прессуют в таблетку размером

1х1 см . Таблетку помещают в калориметри,ческую бомбу. Бомбу промывают и заполняют аргоном до давления 1-2 избыточных 50 атмосфер. В начале главного периода калориметрического опыта на таблетку падает импульс излучения лазера длиной волны

1,06 мкм. Плотность мощности излучения составляет 15,2 кВт/см . В результате реакции синтеза ЗЮ+23 = К!зЯ, По окончании калориметрического опыта продукт реакции . извлекают из бомбы и химическим анализом определяют количество образовавшегося сульфида никеля в продукте. Тепловой эффект реакции рассчитывают как разность между общей теплотой, измеренной калориметром, и балластной энергией лазерного излучения, попадающего в калориметр, Данные опыта 1 приведены в табл 1..

Проведено восемь опытов. Среднее значение теплоты реакции получилось равным

241,7+1,9 кДж/моль. Абсолютная погрешность рассчитывалась как удвоенное стандартное отклонение среднего результата..

Относительная погрешность составляет

0Я%.

Примеры реализации способа на граничные значения указанного интервала плотностй мощности, Пример 2. Способ осуществляется по примеру 1, Плотность мои ности излучения составляет 5,4 10 Вт/см, Данные опыта 2 приведены в табл.2, Пример 3. Способ осуществляется по примеру 1, за исключением того, что в качестве исходных компонентов используют порошки циркойия и бора, взятые в стехиометрическом соотношении. Плотность мощности лазерного излучения составляет

5,0 10 Вт/см . В результате инициируется реакция Zr+28 = ЕгВг.

Данные опыта 3 приведены в табл.3.

Таким образом, предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерения тепло ы реакции в 3-4 раза и расширить круг исследуемых реакций. .

Формула изобретения

Способ определения теплоты химических реакций, включающий инициирование . реакции между исходными компонентами импульсным лазерным излучением плотностью энергии 10-10 Дж/см и измеренйе теплового эффекта реакции калориметром, отличающийся тем, что; с цел ю повышения точности, длина волны лазерно.го излучения составляет не менее 0,4 мкм, а плотность мощности 5,4 10з-5,0 - ;0

Вт/см, 1147953

Таблица 1

Таблица. 2

: Таблица 3 ч

" ." "";-1

Составитель И.Короткевич

Редактрр M.Âàñèëüåâà Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Шароши

Ъ

Заказ 2496 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 у