chapter 5 热分析法. PowerPoit Presentation.ppt

Chapter 5 Thermal Analysis 热分析 5.1 概述 在目前热分析可以达到的温度范围内，从－150℃到1500℃ （或2400℃ ），任何两种物质的所有物理、化学性质是不会完全相同的。因此，热分析的各种曲线具有物质“指纹图”的性质。 物理性质是物质不需要发生化学变化就表现出来的性质，例如颜色、状态、气味、密度、熔点、沸点、硬度、溶解性、延展性、导电性、导热性等，这些性质是能被感观感知或利用仪器测知的。 上述物理性质主要包括质量、温度、能量、尺寸、力学、声、光、热、电等。根据物理性质的不同，建立了相对应的热分析技术，例如： 热重分析（Thermogravimetry，TG）； 差热分析（Differential Thermal Analysis，DTA） 差示扫描量热分析（Differential Scanning Calorimetry，DSC）； 热机械分析（Thermomechanical Analysis，TMA） 逸出气体分析（Evolved Gas Analysis，EGA）； 热电学分析（Thermoelectrometry）； 热光学分析（Thermophotometry）等。 热分析方法的种类是多种多样的，根据国际热分析协会的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，在这些热分析技术中，热重法、差热分析、差示扫描量热法和热机械分析应用得最为广泛。 热分析组织：国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis）ICTA 热分析发行的刊物有： ??热分析文摘（Thermal Analysis Abstract）TAA，双月刊，1972 ??热分析杂志（Journal of thermal Analysis，双月刊，1969 ??热化学学报（thermachemicalActa）,每年四卷，1974 ??量热学与热分析杂志（Calorimetry and Thermal Analysis）日文，季刊，1974 5.2 物质的热效应 一、 晶体中水的存在形式 1 吸附水：H2O；不参加晶格；存在于表面或毛细管内， 失水温度100-130o。 2 结晶水： H2O参加晶格；存在于结构中， 不与其他单元形成化学键；失水物相变化；温度100-300o。 3 结构水：OH-形式参加晶格；存在于结构中，与其他单元形成化学键；失水晶格崩溃；温度300-1000o。 二 物质的热效应： 脱水-吸热； 分解-吸热；CaCO3=CaO+CO2; 相变-吸热或放热：熔化、升华、蒸发。 氧化-放热； 结晶-放热； 5.3 差热分析（DTA） 一、DTA的基本原理 差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析曲线描述了样品与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。 1. 当两种不同的金属导体或半导体A 和B 相互接触时，由于其内部电子密度不同（单位体积中自由电子数），例如NA〉NB，因此从导体A 向导体B 扩散的电子数，要比从导体B 向导体A 扩散的电子束要多，结果导体A 失去电子带正电，导体B 得到电子大负电。这样，在导体A、B 的接触面上形成一电位差。这一电位差一旦形成就对扩散起阻止作用，最后达到某种动态平衡状态。平衡后的这一电位差即成为接触电势，其数值决定于两种不同导体的性质和接触电的温度。 原始 A、B中的自由电子数不同， 设： NaNb, 从A逸出的电子多于B 的，形成另一电位差V ab。 V ab=(KT/e )ln(Na/Nb) K-玻尔茨曼常数；T-温度；e-电子电荷。 2 把金属A、B焊成闭合回路， 两个接点的温度t1,t2不等， 则电路内的电动势为两个接点的电位差之和： Eab=Vab+Vba =K/e(t1-t2) ln(Na/Nb) 可见在两种不同的金属 之间形成Eab(温差电动 势），其值范围与温差 (t1-t2)有关（其它值为 常数）。 在DTA试验中，把两个接点分别插在样品与参比物之中，它们之间的温度差的变化是由于相转变或反应的吸热或放热效应引起的。如:相转变、熔化、结晶结构的转变、沸腾、升华、蒸发、脱氢、裂解或分解反应、氧化或还原反应、晶格结构的破坏和其它化学反应。一般说来，相转变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应；而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。测量电动势（电压）， 可知温差， 进一步可知热效应的出现与否及强度。 典型DTA装置的框块图 1.气氛控制;2.炉子