Термическое разложение

Химическое разложение, вызванное теплом

Процессы термической деградации органических веществ при атмосферном давлении.

Термическое разложение , или термолиз , — это химическое разложение вещества, вызванное теплом. Температура разложения вещества — это температура, при которой вещество химически разлагается. Реакция обычно эндотермическая , поскольку для разрыва химических связей в разлагаемом соединении требуется тепло . Если разложение достаточно экзотермично , создается положительная обратная связь, вызывающая тепловой разгон и, возможно, взрыв или другую химическую реакцию. Термическое разложение — это химическая реакция, в которой тепло является реагентом. Поскольку тепло является реагентом, эти реакции являются эндотермическими, что означает, что для разрыва химических связей в молекуле реакции требуется тепловая энергия. ^[1]

Определение температуры разложения

Простое вещество (например, вода ) может существовать в равновесии с продуктами своего термического разложения, эффективно останавливая разложение. Равновесная доля разложившихся молекул увеличивается с температурой. Поскольку термическое разложение является кинетическим процессом, наблюдаемая температура его начала в большинстве случаев будет функцией экспериментальных условий и чувствительности экспериментальной установки. Для строгого описания процесса рекомендуется использовать термокинетическое моделирование. ^[2]

Основное определение : Термическое разложение — это распад соединения на два или более различных вещества с использованием тепла , и это эндотермическая реакция.

Примеры

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

СаСО3 → СаО _{+ СО2}

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

Другим примером термического разложения является 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 . Реакция была впервые использована Джозефом Пристли для приготовления образцов газообразного кислорода.
• При нагревании воды до температуры, значительно превышающей 2000 °C (2270 K; 3630 °F), небольшой ее процент разложится на OH, одноатомный кислород, одноатомный водород, O ₂ и H ₂ . ^[3]
• Соединение с самой высокой известной температурой разложения — оксид углерода при ≈3870 °C (≈7000 °F). ^{[ необходима цитата ]}

Разложение нитратов, нитритов и соединений аммония

• Дихромат аммония при нагревании дает азот, воду и оксид хрома (III).
• При сильном нагревании нитрат аммония дает оксид диазота (« веселящий газ ») и воду.
• Нитрит аммония при нагревании дает газообразный азот и воду.
• Азид бария - «Ba(N 3)» при нагревании дает металлический барий и газообразный азот.
• Азид натрия при нагревании до 300 °C (573 K; 572 °F) бурно разлагается на азот и металлический натрий.
• При нагревании нитрата натрия образуется нитрит натрия и газообразный кислород.
• Органические соединения, такие как третичные амины, при нагревании подвергаются элиминированию по Гофману и дают вторичные амины и алкены.

Легкость разложения

Когда металлы находятся вблизи дна ряда реактивности , их соединения обычно легко разлагаются при высоких температурах. Это происходит потому, что более сильные связи образуются между атомами ближе к вершине ряда реактивности, и прочные связи трудно разорвать. Например, медь находится вблизи дна ряда реактивности, 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 K; 1040 °F). Напротив, калий находится вблизи вершины ряда реактивности, а сульфат калия (K ₂ SO ₄ ) не разлагается ни при своей температуре плавления около 1069 °C (1342 K; 1956 °F), ни даже при своей температуре кипения.

Практические применения

Многие сценарии в реальном мире подвержены термическому разложению. Одной из вещей, на которую это влияет, являются отпечатки пальцев. Когда кто-то прикасается к чему-либо, от пальцев остаются следы. Если пальцы потные или содержат больше масел, остаток содержит много химикатов. Де Паоли и ее коллеги провели исследование, проверяющее термическое разложение определенных компонентов, обнаруженных в отпечатках пальцев. При тепловом воздействии образцы аминокислот и мочевины начали разлагаться при 100 °C (373 K; 212 °F), а для молочной кислоты процесс разложения начался около 50 °C (323 K; 122 °F). ^[4] Эти компоненты необходимы для дальнейшего тестирования, поэтому в судебной экспертизе разложение отпечатков пальцев имеет важное значение.

Смотрите также

• Термическая деструкция полимеров
• Диаграмма Эллингхэма
• Термохимический цикл
• Термическая деполимеризация
• Химическая термодинамика
• Пиролиз — термическое разложение органических материалов.
• Газогенератор

Ссылки

1. "Термическое разложение против горения - подробный обзор и различия | Testbook.com". Testbook . Получено 28.08.2024 .
2. 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.
3. Baykara S (2004). «Производство водорода путем прямого солнечного термического разложения воды, возможности повышения эффективности процесса». Международный журнал водородной энергетики . 29 (14): 1451–1458. doi :10.1016/j.ijhydene.2004.02.014.
4. De Paoli G, Lewis SA, Schuette EL, Lewis LA, Connatser RM, Farkas T (июль 2010 г.). «Исследования фото- и термической деградации отдельных компонентов эккринных отпечатков пальцев». Журнал судебной экспертизы . 55 (4): 962–969. doi :10.1111/j.1556-4029.2010.01420.x. PMID  20487155. S2CID  37942037.