Въведение
Оксалатите са солите на оксаловата киселина C2H2O4 (COOH)2 (етанокарбоксилна киселина). Калциевата сол на оксаловата киселина, калциевият оксалат, кристализира в безводна форма и като разтвор с една молекула вода на формула, като калциев оксалат монохидрат CaC2O4*H2O.
Среща и приложение
Въпреки че калциевият оксалат монохидрат е сол на органичен аид, той може да бъде открит в природата като първичен минерал. На фигура 1 е показан кристал на Whewellite от находището Schlema в планинската верига Erzgebirge в Германия. В допълнение към Whewellite, weddellite е известен и като втори минерален вид [1].
Калциевият оксалат е и основният компонент на камъните в бъбреците.
В термичния анализ калциевият оксалат монохидрат се използва за проверка на функционалността на термовезни. Това вещество има добра стабилност при съхранение; то не подлежи на промяна с течение на времето, нито има склонност да адсорбира влага от лабораторната атмосфера. Тези характеристики го правят идеално референтно вещество за използване при проверката на функционалността на термовезни по отношение на температурната база.
Условия за измерване
- Инструмент
- TG 209 F1 Libra®
- Проба
- CaC2O4*H2O
- Тегла на пробата
- 8.43 mg (черна крива на фигура 2) и
- 8.67 mg (червена крива на фигура 2)
- Тигел
- Al2O3
- Атмосфера
- Азот
- Дебит на газа
- 40 ml/min
- Скорост на нагряване
- 10 K/min (черната крива на фигура 2) и
- 200 K/min (червена крива на фигура 2)
Термогравиметрия
При нагряване на калциев оксалат монохидрат до 1100 °С с помощта на термобаланса могат да се открият три ясно разделени стъпки на загуба на маса. На фигура 2 е показано сравнение на термогравиметричните резултати от две измервания върху проби от калциев оксалат монохидрат. Относителните промени в масата на пробите са записани в зависимост от температурата. На фигура 3 е представено аналогично сравнение на двете измервания, като функция на температурата, за първата производна на термогравиметричните резултати (DTG).
При иначе идентични условия бяха избрани две различни скорости на нагряване: 10 K/min (черна крива) и 200 K/min (червена крива). С увеличаването на скоростта на нагряване температурите на стъпките на загуба на маса се изместват към по-високи стойности, а скоростите на освобождаване - скоростта на освобождаване на газ - се увеличават приблизително десет пъти (минимуми на DTG, фигура 3). Изместването на температурата, което се извършва при промяна на скоростта на нагряване, е добре познато явление, което може да се приложи към по-нататъшна оценка на кинетичните данни [2]. Освен температурното изместване е важно да се отбележи, че количественото определяне на стъпките на загуба на маса е независимо от скоростта на нагряване. По този начин скоростта на нагряване от 200 K/min предоставя същата информация относно термичното разграждане на калциев оксалат монохидрат, както по-обичайната скорост на нагряване от 10 K/min; не се губи никаква информация при ускоряване на скоростта на нагряване. Въпреки че дава същата информация, по-бързата скорост на нагряване води до огромна икономия на време: измерването при 10 K/min отнема почти два часа, за да се покрие температурният диапазон от стайна температура до 1100 °C, но същото измерване при 200 K/min се извършва за пет минути.
Реакционните уравнения за реакцията на термично разграждане на калциев оксалат монохидрат са показани на фигура 4. Приблизително при 170 °C, при измерване с 10 K/min, се образува безводен калциев оксалат, когато водата се отделя от монохидрата (1). При приблизително 500°C калциевият оксалат се превръща в калциев карбонат (CaCO3), а въглеродният оксид (CO) се отделя (2). Последващата реакция, при която освободеният въглероден оксид се окислява до въглероден диоксид (CO2)(3), може да се осъществи само в поток от прочистващ газ, съдържащ кислород (напр. синтетичен въздух или кислород). При температура от 750 °C калциевият карбонат се разлага на калциев оксид с отделяне наCO2 (4).