Способ определения теплоты химических реакций

(51)5 6 01 К 17/ И ф, . ,.1 ф; ",ЛЬСТВ ча н ОСУДАР СТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ К АВтОРСКОьу СаИД 1(56) 7-я Всесоюзная конференция по калориметрии (тезисы докладов), Черноголовка,1977, стр; 30-32,Видавский Л,М. Использование оптических квантовых генераторов в калориметрии (тезисы докладов 6-й Всесоюзнойконференции по калориметрии), 1973, Тбилиси, С.534-538,Изобретение относится к термохимичЕСким исследованиям неор-: ганических соединений и может быть использовано в калориметрии для получейия данных по стандартным энтальпиям образования,Известен способ прямого определения теплоты химических реакций, состоящий в том, что хймические компоненты, помещенные в вакуумированную ампулу, находящуюся в калориметрической бомбе, сплавляют посредством электрического нагревателя и проводят измерения выделившейся в калориметре теплоты, Вычитая из измеренного количества теплоты "балластную" электрическую энергию, определяют тепловоР эффект реакции.Недостатком этого способа является невысокая точность измерения (3 - 5%). Кроме того, ограничен круг реакций (способ неприменим в тех случаях, когда температура в зоне реакций превышает (1000-1100 С).(54) СПОСОб ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ(57) Использование: калориметрия, Сущность изобретения: импульсным лазерным излучением плотностью энергии 10- 10 Дж/см и плотностью мощности 5,4 10 - 5,0 10 Вт/см нагревают иссле 3 г 8 2чуемый материал в калориметре, Тепловой эффект реакции определяют как разность между общей теплотой, измеренной калориметром, и балластной энергией лазерного излучения, которым йнициируют химическую реакцию. 1 ил., 3 табл, .лНаиболее близким к предлагаемомуспособу по технической сущности и достигаемому результату является способ определения теплоты химических реакций,состоящий втом, что инициируют реакциюмежду исходными компонентами лазернымизлучением плотностью энергии (10-10 ),4Дж/см и измеряют тепловой эффект реакгции калориметром,Недостатком этого способа является невысокая точность измерения (3 - 4,(,).) Целью изобретения является повышение точности измерения теплоты химической реакции;Для этого предложенный способ вклюет иницийровани 9 Реакции между исходыми компонентами лазерным излучением с длиной волны не менее О 4 мкм. с плотностью энергии (1 0-1 04) Дж/см, с плотностью мощности в пределах моо 1 гностй в пределах (54,10 з ;О, 108) ВПредложенный способ по сравнению спрототипом позволяет повысить точность измерения теплоты реакции в З) раза,При высокой плотности мощности лазерного излучения в калориметре осущест вляются реакции, которые требуют достижения высоких температур для инициирования, Реакция синтеза Мо+231 = Мо 31 г требует достижения температуры 2500 С, реакция синтеза Ег+С = ЕгС - 2100 С, 10Для реализации способа использование лазерного излучения с длиной волны менее 0,4 мкм требует существенно более сложного аппаратурного оформления, что усложняет способ 15Плотность мощности . менее 5,4 10Вт/см недостаточна. для инициирования большинства химических реакций. Плотность мощности более 5,0 10 Вт/см. является избыточной для большинства 20 химических реакций и не йриводит к дополнительному положительному эффекту. На"против, прйменение лазерного излучениясо значительной плотностью мощности увеличивает ошибку эксйеримента, 25Предложенный способ поясняетсячертежом, Излучение лазера 1, имеющеедостатоЧную для инициирования реакции йлбтность мощности, попадает в калориметр 2 через окно 3 инагревает исс.- 30ледуемйй материал 4, Одновременно измерйтелем лазерной энергии 5 измеряют энергию той части лазерного излучения, которая отражается от светоделительной пластины 6. Из схемы вытекает наличие 35 однозначного соответствия между показаниями измерителя лазерной энергии и количествои лазерной энергии, попадающей в калориметр, Исходные компоненты исследуемого материала в результате воздейст вия лазерного излучател-я-вступают в .химическОе взаимодействие, Тепловой эффект реакцйи в сумме с "балластной" энергией измеряют калориметром.П р и и ер 1. Порошки никеля и серы, 45взятые в массовом соотношении 4;1, перемешивают и прессуют в таблетку размером 1 х 1 см . Таблетку помещают в калориметри,ческую бомбу. Бомбу промывают и заполняют аргономдо давления 1-2 избыточных 50 атмосфер, В начале главного периода калориметрического опыта на таблетку падает импульс излучения лазера длиной волны 1,06 мкм, Плотность мощности излучениясоставляет 15,2 кВт/см . В результате реакции синтеза ЗЮ+23 = КзЯг, По окончаниикалориметрического опыта продукт реакции .извлекают из бомбы и химическим анализом определяют количество образовавшегося сульфида никеля в продукте. Тепловойэффект реакции рассчитывают как разностьмежду общей теплотой, измеренной калориметром, и балластной энергией лазерногоизлучения, попадающего в калориметр,Данные опыта 1 приведены в табл 1Проведено восемь опытов. Среднее значение теплоты реакции получилось равным241,7+1,9 кДж/моль. Абсолютная погрешность рассчитывалась как удвоенное стандартное отклонение среднего результата, .Относительная погрешность составляет0,8%,Примеры реализации способа на граничные значения указанного интервалаплотностй мощности,П р и м е р 2, Способ осуществляется попримеру 1, Плотность мощгности излучениясоставляет 5,4 10 Вт/см,Данные опыта 2 приведены в табл.2,П р и м е р 3. Способ осуществляетсяпо примеру 1, за исключением того, что вкачестве исходных компонентов используют порошки циркойия и бора, взятые в стехиометрическом соотношении. Плотностьмощности лазерного излучения составляет5,0 10 Вт/смг. В результате инициируетсяреакция Ег+2 В = ЕгВг.Данные опыта 3 приведены в табл,З.Таким образом, предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерения тепло 1 ыреакции в 3-4 раза и расширить круг исследуемых реакций. . формула изобретения Способ определения теплоты химических реакций, включающий инициирование . реакции между исходными компонентами импульсным лазерным излучением плотностью энергии 10-10 Дж/см и измеренйе теплового эффекта реакции калориметром, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что; с целю повышения точности, длина волны лазерного излучения составляет не менее 0,4 мкм, а плотность мощности 5,4 10 з,0 10 Вт/см,, Редактрр М.Васильева орректор М.Шарощи м при ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101Р,у оставитель И.Короткевихред М.Моргентал аказ 2496Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж, Раушская