Προέλευση και εφαρμογή
Ο σχιστόλιθος μίκα εξορύσσεται από την προϊστορική εποχή. Ο μαρμαρυγίας χρησιμοποιήθηκε σε υαλοπίνακες πριν από τη βιομηχανική παραγωγή γυαλιού, καθώς η στρωματοποιημένη δομή του επιτρέπει την εύκολη διάσπασή του σε λεπτά φύλλα. Σήμερα, ο μαρμαρυγίας χρησιμοποιείται ως χρωστική ουσία σε χρώματα και καλλυντικά. Λόγω των καλών ιδιοτήτων θερμικής αγωγιμότητας και ηλεκτρικής μόνωσης, ένα άλλο σημαντικό πεδίο εφαρμογής του μαρμαρυγία είναι η βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών, όπου χρησιμοποιείται ως μονωτικοί δίσκοι για εξαρτήματα ημιαγωγών ή ως διηλεκτρικό για πυκνωτές πολύ χαμηλών απωλειών [1].
Δομή
Ο μαρμαρυγίας είναι ο γενικός όρος για μια ομάδα ορυκτών που ανήκουν στα πυριτικά φύλλα. Η γενική χημική τους σύνθεση είναι DG2.3 [T4O10]X2. Ένα στρώμα σχηματίζεται από τετράεδρα SiO2 που συνδέονται γωνιακά (για T = Si)- ένα άλλο στρώμα αποτελείται από οκτάεδρα GO6. Κάθε στρώμα οκταέδρου είναι ενσωματωμένο μεταξύ δύο στρωμάτων τετραέδρων. Αυτή η ακολουθία στρώσεων Τ-Ο-Τ (τετραεδρικό-οκταεδρικό-τετραεδρικό) δεν είναι, ωστόσο, ουδέτερη ως προς το φορτίο. Η εξίσωση φορτίου επιτυγχάνεται μέσω γεφυρωτικών ανιόντων μεταξύ των στρωμάτων (Χ) [2].
Συνθήκες μέτρησης
- Όργανο
- TG 209 F1 Libra®
- Δείγμα
- Μαργαρίτης
- Μάζα δείγματος
- 5.106 mg
- Χωνευτήρι
- Al2O3
- Ατµόσφαιρα
- Άζωτο
- Ρυθµός ροής αερίου
- 40 ml/min
- Ρυθμός θέρμανσης
- 10 K/min
Θερμοβαρυμετρία
Ένας θερμοζυγός μπορεί να παρέχει εξαιρετικό χαρακτηρισμό της θερμικής συμπεριφοράς των ανόργανων ουσιών. Καταγράφει συνεχώς κάθε αλλαγή στη σύνθεση του δείγματος, ενώ η χρήση ενός δυναμικού ρυθμού θέρμανσης (10 K/min στο παράδειγμά μας) επιτρέπει επιπλέον την αξιολόγηση των περιστατικών του δείγματος ως συνάρτηση της θερμοκρασίας. Δεδομένου ότι ο ρυθμός θέρμανσης αποτελεί μέτρο της παροχής ενέργειας στο δείγμα, επιτρέπει την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την απαιτούμενη ενέργεια απελευθέρωσης ή/και την ενέργεια δέσμευσης των απελευθερωμένων ουσιών.
Το παράδειγμα που παρουσιάζεται εδώ με ένα δείγμα μαρμαρυγίας δείχνει τρία καλά διαχωρισμένα βήματα απώλειας μάζας: ένα στους 357°C, ένα άλλο στους 657°C και το τρίτο στους 1092°C. Ο καλός διαχωρισμός αυτών των βημάτων απώλειας μάζας επιτρέπει την εύκολη ποσοτικοποίηση των ποσοτήτων αερίου που αναπτύσσονται από τα δείγματα μέσω της αξιολόγησης των βημάτων στις διάφορες θερμοκρασίες. Οι σχετικές μεταβολές μάζας ανέρχονται σε 0,26%, 1,00% και 3,71%. Η θερμοκρασία απελευθέρωσης αποτελεί δείκτη της ισχύος της προσρόφησης ή του δεσμού: όσο υψηλότερη είναι η τιμή της, τόσο ισχυρότερη είναι η προσρόφηση του αερίου στην επιφάνεια του κρυστάλλου ή ο δεσμός με την κρυσταλλική δομή πριν από την απελευθέρωση. Σε αντίθεση με την "πυρόλυση λάμψης" - όπου το δείγμα θερμαίνεται στη μέγιστη θερμοκρασία μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα και όλα τα αέρια απελευθερώνονται έτσι πολύ απότομα - οι πολύ μεταβλητοί ρυθμοί θέρμανσης της θερμοβαρυμετρίας και ο συνδυασμός δυναμικών και ισοθερμικών τμημάτων επιτρέπουν την απελευθέρωση των αερίων προϊόντων αποσύνθεσης σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία και επομένως με σταδιακό τρόπο. Το παράδειγμά μας με τον μαρμαρυγία δείχνει επιπλέον ότι η θέρμανση του δείγματος στους 1100°C με ταχύτητα 10 K/min δεν ήταν αρκετή για να επιτρέψει την ολοκλήρωση της πλήρους αντίδρασης αποσύνθεσης, και επομένως φυσικά δεν ήταν αρκετή ούτε για την ποσοτικοποίησή της.
Στην πραγματικότητα, μια επακόλουθη ισοθερμική φάση 30 λεπτών ήταν απαραίτητη για την πλήρη ολοκλήρωση της αντίδρασης. Αυτή η ευελιξία στον έλεγχο της θερμοκρασίας όχι μόνο διευκολύνει τον ποσοτικό προσδιορισμό, αλλά επιτρέπει επιπλέον την ταυτοποίηση των αερίων που αναπτύσσονται από το δείγμα κατά τη διάρκεια της θερμοβαρυμετρικής διαδικασίας. Κατάλληλη για το σκοπό αυτό είναι μια τεχνική που ονομάζεται "σύζευξη", όπου τα όργανα θερμοαναλυτικής μέτρησης συνδέονται με όργανα για φασματοσκοπικές μεθόδους, όπως η φασματομετρία μάζας ή η φασματοσκοπία FT-IR.