Introducere
Oxalații sunt sărurile acidului oxalic C2H2O4 (COOH)2 (acid etanedicarboxilic). Sarea de calciu a acidului oxalic, oxalatul de calciu, cristalizează în formă anhidră și ca solvat cu o moleculă de apă per formulă, ca oxalat de calciu monohidrat CaC2O4*H2O.
Apariție și aplicare
Deși oxalatul de calciu monohidrat este sarea unui aicd organic, acesta poate fi găsit în natură ca mineral primar. Figura 1 prezintă un cristal de Whewellite din localitatea Schlema din lanțul muntos Erzgebirge din Germania. În plus față de Whewellite, weddellite este, de asemenea, cunoscut ca o a doua specie minerală [1].
Oxalatul de calciu este, de asemenea, principalul component al calculilor renali.
În analiza termică, oxalatul de calciu monohidrat este utilizat pentru a verifica funcționalitatea termobalanțelor. Această substanță are o bună stabilitate la depozitare; nu este supusă modificărilor în timp și nici nu are tendința de a adsorbi umiditatea din atmosfera de laborator. Aceste caracteristici o transformă într-o substanță de referință ideală pentru verificarea funcționalității pe bază de temperatură a unei termobalanțe.
Condiții de măsurare
- Instrument
- TG 209 F1 Libra®
- Mostră
- CaC2O4*H2O
- Greutatea probei
- 8.43 mg (curba neagră din figura 2) și
- 8.67 mg (curba roșie din figura 2)
- Creuzet
- Al2O3
- Atmosferă
- Azot
- Debit de gaz
- 40 ml/min
- Rata de încălzire
- 10 K/min (curba neagră din figura 2) și
- 200 K/min (curba roșie din figura 2)
Termogravimetrie
Atunci când oxalatul de calciu monohidrat este încălzit la 1100 °C, pot fi detectate trei etape de pierdere de masă clar separate cu ajutorul termobalanței. Figura 2 prezintă o comparație a rezultatelor termogravimetrice a două măsurători efectuate pe probe de oxalat de calciu monohidrat. Modificările masei relative a probelor sunt înregistrate în funcție de temperatură. În figura 3 este prezentată comparația analogă a celor două măsurători, în funcție de temperatură, pentru prima derivată a rezultatelor termogravimetrice (DTG).
În condiții identice, au fost selectate două viteze de încălzire diferite: 10 K/min (curba neagră) și 200 K/min (curba roșie). Odată cu creșterea vitezei de încălzire, temperaturile etapelor de pierdere a masei sunt deplasate către valori mai ridicate, iar vitezele de eliberare - viteza de eliberare a gazului - sunt de aproximativ zece ori mai mari (minime DTG, figura 3). Schimbarea temperaturii care are loc la variația vitezei de încălzire este un fenomen bine înțeles care poate fi aplicat pentru evaluarea ulterioară a datelor cinetice [2]. Pe lângă schimbarea temperaturii, este, de asemenea, important de remarcat faptul că cuantificarea etapelor de pierdere de masă este independentă de viteza de încălzire. Astfel, viteza de încălzire de 200 K/min furnizează aceleași informații privind degradarea termică a oxalatului de calciu monohidrat ca și viteza de încălzire mai obișnuită de 10 K/min; nu se pierde nicio informație prin accelerarea vitezei de încălzire. Cu toate acestea, în timp ce se obține același conținut de informații, viteza de încălzire mai mare duce la o economie enormă de timp: o măsurare la 10 K/min durează aproape două ore pentru a acoperi intervalul de temperatură de la temperatura camerei la 1100 °C, dar aceeași măsurare la 200 K/min este finalizată deja în cinci minute.
Ecuațiile de reacție pentru reacția de degradare termică a oxalatului de calciu monohidrat sunt prezentate în figura 4. La aproximativ 170°C, pentru măsurarea la 10 K/min, se formează oxalat de calciu anhidru atunci când apa se separă de monohidrat (1). La aproximativ 500°C, oxalatul de calciu se transformă în carbonat de calciu (CaCO3), iar monoxidul de carbon (CO) se separă (2). Reacția ulterioară, în care monoxidul de carbon eliberat este oxidat în dioxid de carbon (CO2) (3), poate avea loc numai într-un flux de gaz de purjare conținând oxigen (de exemplu, aer sintetic sau oxigen). La o temperatură de 750 °C, carbonatul de calciu se descompune în oxid de calciu cu eliberare deCO2 (4).