Термометрия

Термические метода анализа

 

Термические методы анализа основаны на измерении температур фазовых переходов и теплот химических реакций. Развитие получили следующие виды термического анализа:

- термометрия (термоанализ) - измерение температуры фазовых переходов

- плавление, кипение, затвердевание веществ и их смесей;

-термогравиметрия - измерение массы веществ, подвергаемчхнагреванию;

- калориметрия (энтальпиметрия) - измерение теплоты химических реакций;

- термометрическое титрование - титрование, в котором точка эквивалентности определяется по изменению температуры титруемой смеси.

По способу отсчета различают следующие виды термометрического анализа

- прямые, в которых определяют значение температуры или количество теплоты,

и дифференциальные, основанные на измерении разности температур.

Термометрические методы основаны на положениях и законах термодинамики. При протекании любой химической реакции изменяются свободная энергия системы Е°; ее изменения ДЕ° связаны с константой равновесия К химической реакции, а также с изменениями энтальпии ДН°, энтропии Д5° и температурой Т соотношениями:

AE° = -RTInK, (13.1)

ДЕ° = ДН° - ТД5°. (13.2)

Изменения энтальпии регистрируют либо по тепловому эффекту реакции Q, либо по изменениям температуры системы ДТ, поскольку обе эти величины зависят от энтальпии:

Q = -пДН, (13.3)

Q = сДТ, (13.4)

ДТ = ДН°п/с, (13.5)

где п - число молей продукта реакций, с - теплоемкость системы.

В уравнения 13.3 и 13.5 входит концентрация продукта реакции (число молей), что позволяет применять термометрические методы для аналитических определений.

Термометрические методы универсальны, поскольку любая химическая реакция сопровождается изменениями энергии в системе, обладает высокой чувствительностью, позволяет надежно устанавливать присутствие примесей, определять чистоту веществ, проводить идентификацию веществ по температурным константам и их изменениям, исследовать процессы нагревания, сушки, плавления, кристаллизации.

 

 

При нагреве или охлаждении вещества его температура непрерывно меняется, но в момент фазового перехода в некотором интервале наступает постоянство температуры, связанное с поглощением или выделением теплоты при изменении фазового состояния. Постоянная температура, сопровождающая плавление, затвердевание или кипение вещества, остается стабильной до завершения фазового перехода и только после этого перехода начинает изменяться дальше. Температуры фазовых переходов являются константами веществ и используются для определения их идентичности (по плавлению смешанных проб), для проведения физико-химического анализа и определения молекулярных масс веществ по изменению температуры фазового перехода системы.

Константы фазовых переходов являются важнейшими физико-химическими и идентификационными характеристиками веществ. Обычно определяют следующие константы: температуру плавления, температуру затвердевания, температуру кипения. При измерениях используют шкапу Цельсия, в которой за нулевую точку принята температура плавления льда, а за 100°С - температура кипения воды.