Cómo analizar una reacción reversible con un reactante gaseoso reactivo
Descomposición térmica del carbonato cálcico en atmósfera con dióxido de carbono
Introducción
En las reacciones reversibles A⇌B, se producen simultáneamente dos reacciones químicas.
La primera es la reacción hacia adelante A → B, la segunda es la reacción hacia atrás es B → A.
En los sistemas cerrados las concentraciones de A y B están en equilibrio, donde las tasas de reacción hacia adelante y hacia atrás son iguales.
Sin embargo, en el análisis térmico como DSC o TG, el sistema es abierto, y no hay equilibrio. La velocidad de reacción total de los datos medidos es la diferencia entre la reacción hacia delante y la reacción hacia atrás:
Tasa de reacción total=Tasa de reacción hacia delante - Tasa de reacción hacia atrás
Tipo de reacción FnR describen la velocidad de reacción total cuando las reacciones hacia delante y hacia atrás son reacciones de orden n-ésimo:
Para separar la reacción hacia atrás de la reacción hacia delante para el análisis, necesitamos varias mediciones, donde para la misma temperatura la velocidad de reacción total es diferente.
La forma más sencilla de hacerlo es medir la reacción reversible en una atmósfera reactiva, en la que el gas reactivo influye sólo en la reacción directa o sólo en la reacción inversa.
Influencia delCO2 en la descomposición del CaCO3
La descomposición del carbonato cálcico en presencia de dióxido de carbono es la reacción reversible:
La velocidad de la reacción hacia delante es independiente de la presión. La reacción hacia atrás tiene el reactante gaseoso activoCO2. La velocidad de la reacción hacia atrás es mayor a mayor presión parcial deCO2. La reacción acumulativa se vuelve más lenta:
Donde P es la presión parcial de dióxido de carbono, y np es el parámetro de presión.
Cargar el proyecto de datos de muestra
1.inicie Kinetics Neo. Haga clic en"Abrir" en el menú de la izquierda y seleccione"Muestras".
2.seleccione el directorio TGA_CaCO3_in_CO2_Reversible y el archivo con los datos CaCO3+CO2_Data.kinx2
3.abrir archivo con datos CaCO3+CO2_Data.kinx2
Este archivo contiene 9 fuentes de datos. Las 3 centrales se muestran, son las mediciones con diferentes velocidades de calentamiento en el nitrógeno puro en ausencia deCO2. Las 3 primeras y las 3 últimas fuentes de datos están apagadas, son las mediciones bajo diferentes presiones parciales deCO2.
Creación de un modelo cinético para una atmósfera de nitrógeno puro
Vaya a la sección Model Based y seleccione el modelo de un solo paso, que se crea para los datos bajo Nitrógeno sinCO2. Este es un modelo de un solo paso de reacción de orden n-ésimo. Se crea de la misma manera que en nuestro ejemplo para la descomposición del Ca(OH)2 (enlace a https://kinetics.netzsch.com/en/learn/how-to-tga-1-step-caoh2 )
Ahora tienes el Modelo cinéticoEl modelo cinético es el término general que contiene el esquema (estructura) de los pasos individuales de reacción en la reacción química multipaso, los tipos de reacción y los parámetros cinéticos de estos pasos.modelo cinético que depende sólo de la temperatura:
En el próximo capítulo se añadirá y analizará la dependencia de la presión.
Preparar el proyecto para el análisis de presiones
Para el proyecto actual Vaya a Archivo-Proyecto, Marque Usar Parámetro Externo y seleccione Presión
En Datos de origen seleccione un archivo fuente de datos que contenga 10%_CO2 en el nombre del archivo y establezca la presión parcialde CO2 en 0,1 bar.
Repita esta operación para todos los archivos fuente de datos cuyo nombre sea 10%_CO2.
Para los ficheros con 30%_CO2 ajuste la presión parcialde CO2 a 0,3 bar.
Para los ficheros con N2 ajuste la presión parcial deCO2 a 0 bar.
Seleccione Datos de Origen para mostrar todas las curvas experimentales. La leyenda debe contener los valores de presión en unidades de bar.
Crear un modelo cinético reversible con dependencia de la presión parcial deCO2
Cree la copia del modelo "sin CO2" haciendo clic con el botón derecho del ratón y nómbrela "con CO2":
En el Panel de Propiedades seleccione el tipo de reacción reversibleFnRmarque la casilla Depender de la presión y haga clic en Recalcular. Ahora verá la dependencia de la presión.
Para la optimización de parámetros en el Panel de Propiedades vaya al grupo Operación del Modelo y haga clic en Optimizar:
Predicciones para una presión parcial dada
Se pueden realizar predicciones para diferentes presiones parciales deCO2.
Seleccione Predicciones Dinámicas, En el Panel de Propiedades establezca los parámetros de temperatura y el valor de Presión para la simulación. Haga clic en Calcular. El resultado se simula a la presión parcial dada del componente gaseoso reactivo.
La siguiente imagen muestra las simulaciones de descomposición a una presión parcial de 0,2 bar:
