Термическое разложение

Химическое разложение, вызванное нагреванием

Процессы термической деструкции органических веществ при атмосферном давлении.

Термическое разложение (или термолиз ) — это химическое разложение, вызванное нагреванием. Температура разложения вещества – это температура , при которой вещество химически разлагается. Реакция обычно эндотермическая , поскольку для разрыва химических связей в разлагающемся соединении требуется тепло . Если разложение является достаточно экзотермическим , создается петля положительной обратной связи , 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 точного описания процесса рекомендуется использовать термокинетическое моделирование. ^[1]

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 . Эту реакцию впервые использовал Джозеф Пристли для приготовления образцов газообразного кислорода.
• Когда вода нагревается до температуры более 2000 °C, небольшой процент ее 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 цитата ]}

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 при нагревании дает металлический барий и газообразный азот.
• Азид натрия при нагревании до 300°С 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 между атомами в начале ряда реакционной способности образуются более прочные связи , и прочные связи трудно разорвать. Например, медь находится в нижней части ряда реакционной способности, а сульфат меди (CuSO ₄ ) начинает разлагаться при температуре около 200 °C, быстро увеличиваясь при более высоких температурах примерно до 560 °C. 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, ни даже при температуре кипения.

Практическое применение

В реальном мире существует множество сценариев, на которые 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, а в случае молочной кислоты процесс разложения начинался примерно при 50°C. ^[3] Эти компоненты необходимы для дальнейшего тестирования, поэтому в криминалистике разложение отпечатков пальцев имеет большое значение.

Смотрите также

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

Рекомендации

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