Creeaza.com - informatii profesionale despre


Evidentiem nevoile sociale din educatie - Referate profesionale unice



Acasa » referate » chimie
Termodinamica disocierii termice a carbonatilor

Termodinamica disocierii termice a carbonatilor



Termodinamica disocierii termice a carbonatilor

Disocierea carbonatului de calciu

Formele naturale cele mai raspandite ale carbonatului de calciu sunt calcarul, creta, marmura, calcita si aragonita.

Deoarece calcarul este utilizat pe scara larga in siderurgie el va fi tratat in mod special. aragonita este stabila termodinamic numai sub – 59 °C (214 K), asa incat in conditii normale este doar metastabila, adica tinde sa se transforme, este drept lent, in calcita.

La 400 °C (673 K), transformarea aragonitei in calcita dupa reactia:

 CaCO3(aragonit) →Ca CO3(calcit)                  ΔH0 = -200,9J/mol


 ΔG = -200,9 + 0,837 [J/mol]

are o viteza masurabila.

Disocierea termica a calcarului are loc in cuptoarele speciale pentru obtinerea varului, dar si direct in agregate siderurgice (furnale, benzi de aglomerare, cuptoare Siemens – Martin etc.).

Reactia de disociere este:   

CaCO3(calcita) ↔CaOs + CO2       ΔG = 170 893 – 144,45 [J/mol]

lg Kp =lg P= -  + 7,54

Variatia tensiunii de disociere P, cu temperatura este redata in figura 2.9.

                         2,0

                         1,6

                PCO         1,2

              (atm)

                                  0,6

                         0,4

                            0

                           600       700         800      900     1000  T (°C)

Fig. 2.9. Variatia tensiunii de disociere a CaCO3 cu temperatura

 


Se dau mai jos cateva valori ale tensiunii de disociere la diferite temperaturi:

T, °C

500

600

700

800

900

910

1000

1100

P,

atm

10-4

2,1

2,3

0,17

0,87

1,0

4,0

11,0

Asa cum era de asteptat cresterea temperaturii mareste tensiunea de disociere a carbonatului de calciu. Pentru o temperatura data, cresterea gradului de dispersie a carbonatilor mareste tensiunea de disociere.

Pentru calcita temperatura teoretica de disociere termica in aerul atmosferic contine 0,0338% CO2 (PCO = 0,000338 atm) este:

Temperatura practica de disociere termica a calcitei este:

Experimental temperatura practica de disociere termica se determina pe cale termografica, trasandu-se la instalatii automatizate (derivatograf) curbele de variatie a temperaturii probei cu timpul (termograme). Cand se atinge temperatura practica de disociere pe termograma apare un palier.

In figura 2.10, care reda termograma disocierii calcitei, se observa existenta palierului la temperatura practica de disociere a calcitei.

                              T, °C

                  

                                             910 °

                                                 

                                                                          τ, min

Fig. 2.10. Termograma disocierii calcitei (CaCO3).

 


Fiecare varietate de carbonat prezinta pe termograma un palier propriu, corespunzator temperaturii practice de disociere:

 

Tipul de carbonat

% CaCO3

T, °C

Calcita

99,17

910

Calcar

90,50

900

Creta

97,18

914

Marmura

96,41

921

Temperatura de disociere a carbonatilor de calciu depinde in primul rand de structura lor mineralogica, dar si de prezenta diferitelor impuritati. S-a stabilit ca cresterea continutului total de impuritati (SiO2 + Al2O3 + Fe3O4) micsoreaza temperatura de descompunere a carbonatului de calciu ca urmare a formarii de solutii solide nesaturate cu CaCO3. Dintre toate impuritatile, cea mai importanta influenta are in acest sens silicea (SiO2).

Pe termograme prezenta unei cantitati mari de impuritati in CaCO3, face ca palierul de disociere sa se transforme intr-o curba mai mult sau mai putin inclinata.

Studiile efectuate au permis sa se traga concluzia ca intre CaCO3 si CaO se formeaza solutii solide care, insa se satureaza rapid. Concentratiile de saturatie sunt:

 - solutia solida de CaO in CaCO3 (CaO)max = 2,4%;

 - solutia solida de CaCO3 in CaO (CaCO3)max = 4%.

Conditiile de disociere a carbonatului



In prezent calcarul se foloseste ca atare, sau transformat in var, care are o larga utilizare la elaborarea otelului, pentru formarea zgurii.

Regimul termic de calcinare trebuie ales astfel incat sa se obtina un var care sa aiba capacitatea de a se dizolva rapid in zgura, cerinta deosebit de importanta, mai ales pentru convertizoarele cu oxigen (tip LD), in care procesul de elaborare a otelului se desfasoara foarte rapid. S-a ajuns la concluzia ca pentru a obtine un var asa-zis „moale” caracterizat prin structura poroasa si capacitate de dizolvare rapida in zgura, temperatura de calcinare trebuie sa fie de 1100 – 1150 °C. Daca se depaseste acest interval de temperatura, se obtine un var „dur”, cu structura compacta si greu dizolvabil in zgura, deci inadecvat utilizarii la elaborarea otelului, mai ales in agregatele cu mers rapid (convertizoare).

Varul trebuie folosit imediat ce a fost obtinut prin descompunerea calcarului, deoarece este higroscopic (absoarbe rapid apa din aer).

Disocierea termica a carbonatului de magneziu

Carbonatul de magneziu se afla in stare naturala sub forma de magnezita, care reprezinta materia prima pentru fabricarea materialelor refractare magnezitice, cu larga utilizare in siderurgie (in special in domeniul elaborarii otelului).

Reactia de disociere termica a carbonatului de magneziu este:

MgCO3 ↔ MgO + CO2                    ΔH = 110 803 [J/mol];

           ΔG = 110 803 – 120,13 [J]       

lg Kp = lg P = .

Temperatura teoretica de disociere este:

  (320,33 °C)

Temperatura practica de disociere este:

 (649,64 °C).

Comparativ cu temperatura de disociere a carbonatului de calciu se constata ca MgCO3 disociaza mai usor decat CaCO3 (este mai putin stabil).

Tensiunile de disociere inregistrate la diferite temperaturi sunt:

T, °C

500

650

700

800

900

1000

1100

P, atm

0,06

1,0

2,1

7,5

22

53

112

Datele de mai sus au fost confirmate si de studiul termografic. Pe termografele obtinute se constata existenta unor paliere mai mult sau mai putin tipice (orizontale) la circa 640 – 660 °C, in functie de caracteristicile de compozitie si structurale ale carbonatilor.

                    T, °C

                                              650 °

                                                                            τ, min   

Fig. 2.11. Termograma disocierii magnezitei (MgCO3)

 


Disocierea termica a dolomitei

Dolomita este carbonat dublu de calciu si magneziu Ca, Mg(CO2). Ea se foloseste pentru obtinerea materialelor refractare dolomitice (blocuri, caramizi, mase refractare) si uneori ca fondant.

Trebuie subliniat ca dolomita nu este un simplu amestec de carbonat de calciu si carbonat de magneziu, ci un compus cu legaturi complexe intre ionii de Ca2+, Mg2+ si CO. Dovada o constituie faptul ca formarea dolomitei din CaCO3 si MgCO3 este insotita de degajare de caldura.

CaCO3 +MgCO3 = Ca,Mg(CO3)2        ΔH = -11 888 [J/mol]

Disocierea termica a dolomitei are loc in doua etape :

1)               CaMg(CO3)2 = CaCO3 + MgO + CO2

2)               CaCO3 =CaO + CO2

Datorita interactiunii ionilor din reteaua dolomitei, prima treapta a disocierii decurge mai dificil decat disocierea MgCO3 propriu-zis.

Calculul temperaturii de disociere in prima treapta

MgCO3 = MgO + CO2               ΔG = 110 803 – 120,13  [J/mol]

Tinand seama de efectul termic de formare a dolomitei din cei doi carbonati (ΔH = - 11 888 J/mol) efectul termic al primei etape este:

1) ΔH = 110 803 + 11 888 = 122 691   [J/mol]

ceea ce inseamna ca pentru prima etapa a disocierii dolomitei:

 ΔG = 122 691 – 120,13      [J/mol]

 lg Kp = lg P = -.

Temperatura teoretica de disociere este:

 K (384 °C).

Temperatura practica de disociere este:

 = 102,5 K (748,5 °C).

Termogramele obtinute prin studiul termografic confirma ca temperatura practica de disociere a dolomitei in prima etapa este de 720 – 750 °C.

A doua treapta de disociere termica a dolomitei are loc la temperaturile de disociere a carbonatului de calciu (900 - 920 °C).

      T, °C                                                       

                                                                                              

                                          910 ° C                              

Fig. 2.12. Termodinamica disocierii

dolomitei.

 
                                                                                           

                                    

                 720-750° C

                                                                      

                                                                                                                        

                                                                   τ, min 

 T, sC

       

Fig. 2.13. Influenta gradului de dispersie asupra temperaturii de disociere a dolomitei:

1, 2, 4–granulatie fina ; 3, 5–granulatie mare.

 
     900                914     913      922    922      920



    700        710      707   745     735     747

     500       1      2       3        4        5

                                                                  τ, min

Influenta gradului de dispersie asupra temperaturii de disociere este redata in figura 2.13. Se observa ca cu cat gradul de dispersie a dolomitei este mai mare (granulatia este mica) temperaturile de disociere in ambele trepte sunt mai mici.

Schema reala de disociere a dolomitei:

I.  nCaMg(CO3)2 = (n – 1)MgO + MgCO3 CaCO3 + (n-1)CO2

II  MgCO3CaCO3 = MgO + nCaO + (n+1)CaO2

Conditii tehnice de disociere a dolomitei si magnezitei

Spre deosebire de var, magnezita si dolomita folosite ca material refractar trebuie calcinate la temperaturi inalte, pentru a se obtine produse stabile la hidratare. Temperatura inalta de calcinare favorizeaza procesul de recristalizare; cresterea cristalelor reduce reactivitatea magnezitei si dolomitei calcinate, marind stabilitatea acestora. Pelicula formata pe suprafata cristalelor prin reactiile cu impuritatile reprezinta si ea un strat protector pentru materialele calcinate, carora le mareste stabilitatea la calcinare.

Disocierea termica a carbonatului de fier

Carbonatul de fier se gaseste in natura sub forma de siderita care reprezinta un minereu de fier foarte raspandit in toata lumea, inclusiv in tara noastra.

Inainte de a fi folosita pentru elaborarea fontei, siderita este supusa unui proces de prajire (calcinare) in cuptoare verticale sau pe benzile de aglomerare. Prajirea este de fapt o disociere termica de un tip special, avand in vedere ca produsul primar al descompunerii FeO reactioneaza cu CO2.

Procesul prajirii consta din doua trepte:

I.  FeCO3 = FeO + CO2                      ΔH = 103 980   J/mol FeO

II. 3FeO + CO2 = Fe3O4                     ΔH = -22 395   J/mol Fe3O4

Pentru a insuma cele doua etape, se inmulteste prima relatie cu trei:

I. 3FeCO3 = 3FeO + 3CO2                       ΔH = 311 940            (J)

II. 3FeO + CO2 = Fe3O4                           ΔH = -22 395             (J)

III. 3FeCO3 = Fe3O4 + 2CO2 + CO           ΔH = 298 545            (J)

Recalculand pentru un mol de FeCO3 se obtine:

III, a) FeCO3 = Fe3O4 + CO2 + CO  

ΔH = 96 515 J/mol FeCO3.

Compozitia reala a produsului prajit depinde de conditiile concrete de lucru. Spre exemplu, daca evacuarea CO2 din zona de reactie este lenta, aceasta favorizeaza etapa a II- a si defavorizeaza etapa I, ceea ce inseamna ca produsul prajit consta numai din Fe3O4. Daca dimpotriva, evacuarea CO2 este energica, in produsul prajit ramane mult FeO. La limita, daca disocierea (prajirea) se desfasoara in vid, asigurandu-se evacuarea completa a CO2 din zona de reactie, procesul se termina in prima etapa, iar produsul prajit contine numai FeO.

In realitate, procesul de prajire decurge astfel incat procesul obtinut consta dintr-un amestec de FeO si Fe3O4.

Temperatura de descompunere in prima etapa poate fi calculata dupa relatia:

  lg Kp = lg P=  -  + 8,07

de unde rezulta:

- temperatura teoretica de disociere

  = 470 K (197 °C)

- temperatura practica de disociere

  = 673 K (400 °C)

ceea ce se afla in buna concordanta cu datele experimentale.

Valorile tensiunii de disociere a sideritei la diferite temperaturi sunt date in continuare:

T, K

500

600

673

700

P, atm

1,62

0,10

1,0

2,07

Se observa ca siderita disociaza si mai usor decat MgCO3, deci are stabilitate si mai mica decat acesta.

Stabilitatea comparativa a componentilor

Pentru aprecierea stabilitatii carbonatilor pot fi luate in considerare

 toate trei criteriile amintite anterior ΔG0 de formare, tensiunea de disociere

si ΔH0 de formare a carbonatilor.

In figura 2.14. este prezentata variatia ΔG0 de formare a diferitilor carbonati (ΔG0 = RT ln P) cu temperatura.

                     0

                ΔG,       

Fig. 2.14. Variatia entalpiei libere de formare a unor carbonati.

 
      Kcal               FeCO3

                     -10         MgCO3

                                                     CaCO3

                                                             

              

                    - 25

 

                    - 35

                                    0  100       300       500        700   900   T, °C

Cu cat dreapta care se refera la un carbonat este situata mai jos, cu atat ΔG0 de formare a carbonatului este mai negativ, iar stabilitatea lui este mai mare.

In figura 2.15 este redata variatia cu temperatura a tensiunii de disociere a catorva carbonati. Cu cat curba este situata mai la dreapta, cu atat temperatura de disociere este mai mare, iar stabilitatea carbonatului este mai mare.

P, mmHg

 
                  

Fig. 2.15. Variatia comparativa a tensiunii de disociere a unor carbonati cu temperatura.

 
                       900   FeCO3

                                                  MgCO3

                                                      CaCO3

                      500

                      300

                      100

                                      600      800     1000    1200       T, K

Deci stabilitatea carbonatilor este foarte variata si depinde de taria legaturilor din reteaua lor cristalina.








Politica de confidentialitate

.com Copyright © 2019 - Toate drepturile rezervate.
Toate documentele au caracter informativ cu scop educational.


Proiecte

vezi toate proiectele
 PROIECT DE LECTIE Clasa: I Matematica - Adunarea si scaderea numerelor naturale de la 0 la 30, fara trecere peste ordin
 Proiect didactic Grupa: mijlocie - Consolidarea mersului in echilibru pe o linie trasata pe sol (30 cm)
 Redresor electronic automat pentru incarcarea bateriilor auto - proiect atestat
 Proiectarea instalatiilor de alimentare ale motoarelor cu aprindere prin scanteie cu carburator

Lucrari de diploma

vezi toate lucrarile de diploma
 Lucrare de diploma - eritrodermia psoriazica
 ACTIUNEA DIPLOMATICA A ROMANIEI LA CONFERINTA DE PACE DE LA PARIS (1946-1947)
 Proiect diploma Finante Banci - REALIZAREA INSPECTIEI FISCALE LA O SOCIETATE COMERCIALA
 Lucrare de diploma managementul firmei “diagnosticul si evaluarea firmei”

Lucrari licenta

vezi toate lucrarile de licenta
 CONTABILITATEA FINANCIARA TESTE GRILA LICENTA
 LUCRARE DE LICENTA - FACULTATEA DE EDUCATIE FIZICA SI SPORT
 Lucrare de licenta stiintele naturii siecologie - 'surse de poluare a clisurii dunarii”
 LUCRARE DE LICENTA - Gestiunea stocurilor de materii prime si materiale

Lucrari doctorat

vezi toate lucrarile de doctorat
 Doctorat - Modele dinamice de simulare ale accidentelor rutiere produse intre autovehicul si pieton
 Diagnosticul ecografic in unele afectiuni gastroduodenale si hepatobiliare la animalele de companie - TEZA DE DOCTORAT
 LUCRARE DE DOCTORAT ZOOTEHNIE - AMELIORARE - Estimarea valorii economice a caracterelor din obiectivul ameliorarii intr-o linie materna de porcine

Proiecte de atestat

vezi toate proiectele de atestat
 Proiect atestat informatica- Tehnician operator tehnica de calcul - Unitati de Stocare
 LUCRARE DE ATESTAT ELECTRONIST - TEHNICA DE CALCUL - Placa de baza
 ATESTAT PROFESIONAL LA INFORMATICA - programare FoxPro for Windows
 Proiect atestat tehnician in turism - carnaval la venezia




Analiza apei minerale naturala necarbogazoasa (plata) DORNA
Reducerea in sisteme complexe
Sulfuri
Termodinamica disocierii termice a carbonatilor
Influenta mediului asupra pierderii de energie prin ionizare
PROCESE DE OXIDARE (AFINARE)
Trecerea electronilor prin materie
PROPRIETATILE STRATURILOR SUBTIRI DE TiC


Termeni si conditii
Contact
Creeaza si tu