و تكليس هو العملية التي يتم إخضاع عينة صلبة لدرجات حرارة عالية في و جود أو غياب الأكسجين. في الكيمياء التحليلية هي واحدة من الخطوات الأخيرة لتحليل الجاذبية. لذلك يمكن أن تكون العينة من أي طبيعة ، غير عضوية أو عضوية ؛ ولكن بشكل خاص ، يتعلق الأمر بالمعادن أو الطين أو أكاسيد الجيلاتين.
عندما يتم التكليس تحت التيارات الهوائية ، يقال أنه يحدث في جو مؤكسد ؛ مثل تسخين مادة صلبة بالنار لمنتج الاحتراق في الأماكن المفتوحة ، أو في الأفران التي لا يمكن تطبيق التفريغ عليها.
تكليس بدائي أو كيميائي تحت السماء المفتوحة. المصدر: Pixabay.
إذا تم استبدال الأكسجين بالنيتروجين أو غاز نبيل ، فيقال إن التكليس يحدث تحت جو خامل. يعتمد الاختلاف بين الغلاف الجوي الذي يتفاعل مع المادة الصلبة المسخنة على حساسيتها للأكسدة ؛ أي التفاعل مع الأكسجين ليتحول إلى مركب مؤكسد آخر.
والمطلوب من التكليس ليس إذابة المادة الصلبة ، ولكن لتعديلها كيميائيا أو فيزيائيا لتلبية الصفات المطلوبة لتطبيقاتها. أفضل مثال معروف هو تكليس الحجر الجيري ، CaCO 3 ، لتحويله إلى الجير ، CaO الضروري للخرسانة.
معالجة
العلاقة بين المعالجة الحرارية للحجر الجيري ومصطلح التكليس قريبة جدًا لدرجة أنه في الواقع ليس من غير المألوف افتراض أن هذه العملية تنطبق فقط على مركبات الكالسيوم ؛ ومع ذلك، هذا ليس صحيحا.
يمكن لجميع المواد الصلبة ، غير العضوية أو العضوية ، أن تتكلس طالما أنها لا تذوب. لذلك ، يجب أن تحدث عملية التسخين تحت درجة انصهار العينة ؛ ما لم يكن خليطًا حيث يذوب أحد مكوناته بينما يظل الآخر صلبًا.
تختلف عملية التكليس اعتمادًا على العينة والمقاييس والهدف وجودة المادة الصلبة بعد معالجتها الحرارية. يمكن تقسيم هذا عالميًا إلى نوعين: تحليلي وصناعي.
تحليلي
عندما تكون عملية التكليس تحليلية ، فهي بشكل عام واحدة من آخر الخطوات التي لا غنى عنها لتحليل الجاذبية.
على سبيل المثال ، بعد سلسلة من التفاعلات الكيميائية تم الحصول على راسب ، والذي أثناء تكوينه لا يبدو كمادة صلبة نقية ؛ من الواضح على افتراض أن المركب معروف مسبقًا.
بغض النظر عن تقنيات التنقية ، لا يزال الراسب يحتوي على ماء يجب إزالته. إذا كانت جزيئات الماء هذه على السطح ، فلن تكون هناك حاجة لدرجات حرارة عالية لإزالتها ؛ ولكن إذا كانت "محاصرة" داخل البلورات ، فقد يجب أن تتجاوز درجة حرارة الفرن 700-1000 درجة مئوية.
هذا يضمن أن الراسب جاف وإزالة أبخرة الماء ؛ وبالتالي ، يصبح تكوينها محددًا.
وبالمثل ، إذا خضعت المادة المترسبة للتحلل الحراري ، فيجب أن تكون درجة الحرارة التي يجب تحللها عندها مرتفعة بما يكفي لضمان اكتمال التفاعل ؛ خلاف ذلك ، سيكون لديك تركيبة صلبة غير محددة.
تلخص المعادلات التالية النقطتين السابقتين:
A nH 2 O => A + nH 2 O (بخار)
أ + س (حرارة) => ب
تكون المواد الصلبة غير المحددة عبارة عن خليط A / A · nH 2 O و A / B ، عندما يكون من الناحية المثالية يجب أن تكون نقية A و B على التوالي.
صناعي
في عملية التكليس الصناعية ، لا تقل جودة التكليس أهمية عن تحليل الجاذبية ؛ لكن الاختلاف يكمن في التجميع والطريقة والكميات المنتجة.
في التحليل ، يسعى المرء إلى دراسة أداء التفاعل ، أو خصائص المكلس ؛ بينما في القطاع الصناعي ، فإن الأهم من ذلك هو مقدار الإنتاج ومدة الإنتاج.
أفضل تمثيل لعملية التكليس الصناعية هو المعالجة الحرارية للحجر الجيري بحيث يخضع للتفاعل التالي:
كربونات الكالسيوم 3 => CaO + CO 2
أكسيد الكالسيوم ، CaO ، هو الجير الضروري لصنع الأسمنت. إذا تم استكمال التفاعل الأول بهذين الاثنين:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 => كربونات الكالسيوم 3
يمكن تحضير بلورات CaCO 3 الناتجة وحجمها من كتل قوية من نفس المركب. وبالتالي ، لا يتم إنتاج CaO فقط ، ولكن أيضًا يتم الحصول على بلورات CaCO 3 الدقيقة ، الضرورية للفلاتر والعمليات الكيميائية المكررة الأخرى.
تتحلل جميع الكربونات المعدنية بنفس الطريقة ولكن بدرجات حرارة مختلفة ؛ أي أن عمليات التكليس الصناعية الخاصة بهم يمكن أن تكون مختلفة تمامًا.
أنواع التكليس
لا توجد طريقة في حد ذاتها لتصنيف التكليس ، إلا إذا اعتمدنا أنفسنا على العملية وعلى التغييرات التي يمر بها المادة الصلبة مع زيادة درجة الحرارة. من هذا المنظور الأخير ، يمكن القول أن هناك نوعين من التكليس: أحدهما كيميائي والآخر فيزيائي.
كيمياء
التكليس الكيميائي هو الذي تخضع فيه العينة ، صلبة أو مترسبة ، للتحلل الحراري. تم شرح ذلك في حالة CaCO 3. المركب ليس هو نفسه بعد تطبيق درجات الحرارة العالية.
جسدي - بدني
التكليس الفيزيائي هو الذي لا تتغير فيه طبيعة العينة في النهاية بمجرد إطلاقها لبخار الماء أو الغازات الأخرى.
مثال على ذلك هو الجفاف الكلي للمادة المترسبة دون التعرض لتفاعل. أيضًا ، يمكن أن يتغير حجم البلورات حسب درجة الحرارة ؛ في درجات الحرارة المرتفعة ، تميل البلورات إلى أن تكون أكبر ويمكن للبنية أن "تنتفخ" أو تتشقق نتيجة لذلك.
هذا الجانب الأخير من التكليس: التحكم في حجم البلورات ، لم يتم التطرق إليه بالتفصيل ، لكن الجدير بالذكر.
التطبيقات
أخيرًا ، سيتم سرد سلسلة من تطبيقات التكليس العامة والخاصة:
- تحلل الكربونات المعدنية في أكاسيدها. الشيء نفسه ينطبق على الأكسالات.
- تجفيف المعادن أو الأكاسيد الجيلاتينية أو أي عينة أخرى لتحليل الجاذبية.
-يقدم مادة صلبة إلى مرحلة انتقالية ، والتي يمكن أن تكون ثابتة في درجة حرارة الغرفة ؛ وهذا يعني أنه حتى لو تم تبريد البلورات الجديدة الخاصة بك ، فسوف تستغرق وقتًا للعودة إلى ما كانت عليه قبل التكليس.
- ينشط الألومينا أو الكربون لزيادة حجم مسامها والتصرف وكذلك المواد الصلبة الماصة.
- يعدل الخصائص الهيكلية أو الاهتزازية أو المغناطيسية للجسيمات النانوية المعدنية مثل Mn 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 ؛ أي أنها تخضع لعملية تكليس فيزيائية ، حيث تؤثر الحرارة على حجم أو أشكال البلورات.
- يمكن ملاحظة نفس التأثير السابق في المواد الصلبة البسيطة مثل جزيئات SnO 2 النانوية ، والتي تزداد في الحجم عندما تضطر إلى التكتل بسبب درجات الحرارة المرتفعة ؛ أو في أصباغ غير عضوية أو ملونات عضوية ، حيث تؤثر درجة الحرارة والحبوب على ألوانها.
- وإزالة الكبريت من عينات فحم الكوك من النفط الخام ، وكذلك أي مركب متطاير آخر.
المراجع
- داي ، ر. ، أندروود ، أ. (1989). الكيمياء التحليلية الكمية (الطبعة الخامسة). بيرسون برنتيس هول.
- ويكيبيديا. (2019). تكليس. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
- إلسفير. (2019). تكليس. ScienceDirect. تم الاسترجاع من: sciencedirect.com
- هوب مارتن. (سادس). موسوعة مصغرة لكيمياء صناعة الورق. تم الاسترجاع من: projects.ncsu.edu
- Indrayana، IPT، Siregar، N.، Suharyadi، E.، Kato، T. & Iwata، S. (2016). اعتماد درجة حرارة التكلس على الأطياف المجهرية والاهتزازية والخصائص المغناطيسية للبلورات النانوية Mn 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4. مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات ، المجلد 776 ، العدد 1 ، معرف المقالة. 012021.
- FEECO International، Inc. (2019). تكليس. تم الاسترجاع من: feeco.com
- جابر ، محمد عبد الرحيم ، عبد اللطيف ، محمود. ن. عبد السلام. (2014). تأثير درجة حرارة التكليس على بنية ومسامية البلورات النانوية SnO 2 المُصنَّعة بطريقة الترسيب التقليدية. المجلة الدولية للعلوم الكهروكيميائية.