Album mit TA Diagrammen
Alle unten aufgeführten Diagramme wurden auf einem METTLER TA1
oder auf der neuen FTA-Tieftemperatur-DTA aufgenommen.
Die Messungen wurden am Institut für Anorganische Chemie der
Universität
zu Köln von Jörg
Wittrock
durchgeführt.
Information zum Copyright: Alle unten
gezeigten
Diagramme sind entweder publiziert (siehe Referenzen) oder sie sind
unveröffentlichte
Resultate des Autors!
Falls sie weitere Informationen wünschen, bitte
kontaktieren Sie uns.
Am Anfang des Albums werden einige theoretische Diagramme gezeigt,
um
die Eigenschaften von DTA-Kurven zu erläutern.
Nr. | DIAGRAMM | BESCHREIBUNG |
A1 | Die einfachste DTA-Kurve eines endothermen Prozesses ist die
einer
Phasenumwandlung erster Ordnung.
Jede Substanz, die einen solchen Kurvenverlauf hervorruft, ist als Kalibriersubstanz verwendbar. |
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A2 | Eine theoretische Schmelzkurve zeigt den folgenden Verlauf:
Zu Beginn des Aufheizprogrammes ist eine Anfahrauslenkung zu beobachten, deren Form von der Menge der Referenzsubstanz abhängig ist(1). Im weiteren Verlauf zeigt die Kurve die Änderung der Wärmekapazität der Probe(2). Während des Schmelzvorganges ist die Steigung der Kurve der Heizrate proportional. Am Punkt (3) ist die Substanz vollständig aufgeschmolzen, der weitere Verlauf zeigt die exponentielle Relaxation. Wenn sich die Wärmekapazität Cp während der Phasenumwandlung geändert hat, ist die Basislinie in der Höhe verschoben. Die Schmelztemperatur wird als Tonset extrapoliert. |
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A3 | Diese Probe war zu grobkörnig. Um ein scharfes Signal zu
erhalten
muss die Substanz fein verrieben werden.
Manchmal wird ein ähnlicher Effekt beobachtet, wenn sich beim Schmelzvorgang kleine Gasblasen bilden. |
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A4 | Eine solche eingewickelte Kurve (Envelope) erhält man häufig, wenn heftige chemischen Reaktionen beobachtet werden. In solchen Fällen kann man anstelle der Temperatur die Zeitskala als X-Achse wählen. Den Temperaturprogrammverlauf stellt man dann als eine weitere Linie im Diagramm dar. | |
A5 | Bei der Beobachtung chemischer Reaktionen mit der Gasphase
wie bei
Zersetzungen oder Synthesen ist es immer interessant, gleichzeitig mit
dem DTA-Signal das Thermogravimetriesignal aufzunehmen. Dies ist eine
gute
Methode, mehr über die chemische Reaktionen zu erfahren und sie
eindeutig
von Phasenumwandlungen zu unterscheiden.
Die Y-Achse hat nun gleichzeitig 2 unterschiedliche Skalen: Differenztemperatur und Gewichtsprozent. |
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Und nun: | Einige reale Diagramme | |
1 | Dieses Diagramm zeigt die thermische Zersetzung von PbO2
in reiner Sauerstoffatmosphäre.
Eine Probe von 53 mg wurde mit 4K/min aufgeheizt. Die Bildung von Mennige setzt bei 400°C ein. Diese zersetzt sich erst oberhalb von 620°C unter den Reaktionsbedingungen! Beachten Sie den scharfen Schmelzpeak von PbO. Erste Stufe: 3 PbO2 -> Pb3O4
+ O2
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2 | Das Oxidationsverhalten einer intermetallischen Legierung der
formalen
Zusammensetzung "TlCu2" unter reinem Sauerstoff wurde mit
dem
Ziel untersucht, die optimalen Synthesebedingungen für das
Thalliumkupfercuprat
TlCu(CuO2) aufzufinden. Nach der Auswertung der Daten
konnten
etliche Kristalle der Zielverbindung gezüchtet werden! Diese
Modelsubstanz
wurde 1991 entdeckt von Arnold
Adam, Claudia Felser-Wenz, H.-U. Schuster und R. Hoppe.
Ref.: Z. Anorg. allg. Chem. 605 (1991) 157-62. |
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3 | Die Thermolyse von NaK2H(CO3)2 *
2
H2O unter Argon ist ein schönes Beispiel für eine
dreistufige Zersetzung.
Dieses Hydrogencarbonat wurde im Arbeitskreis Adam von Vytas Cirpus synthetisiert und untersucht. Ref.: A. Adam, V. Cirpus
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4 | NaK5[H(CO3)2]2
wurde
ebenfalls unter Argon gemessen: auf den ersten Blick scheint sich die
Substanz
in einem Schritt zu zersetzen. Bei genauerer Betrachtung der TG-Linie
findet
man jedoch ein Knick in der Steigung, welcher eindeutig zeigt,
daß
hier zwei Schritte überlappen. Auch diese Substanz stammt von
Vytas!
Ref.: V. Cirpus, A.
Adam
"NaK5[H(CO3)2] - das erste wasserfreie
Hydrogenbicarbonat"
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5 | Das Diagramm zeigt die gleiche Substanz wie in Nr. 4. Die schwarz gezeichnete Messung wurde unter CO2-Atmosphäre durchgeführt, was zu einer Zersetzung bei höherer Temperatur führt. Bei Messungen unter Kohlendioxid beobachtet man häufig verrauscht aussehende Signale, was auf Interaktionen zwischen dem Gas und der Probenoberfläche zurückzuführen ist. | |
6 | MgNiInHx - wieviel Wasserstoff konnte Axel Karge
aus der
Arbeitsgruppe Schuster in seiner Verbindung speichern? Es waren beinahe
drei Gewichtsprozent!
Die Argonatmosphäre war leider nicht ganz sauerstofffrei, wie die TG-Kurve zeigt. Axel Karge, Dissertation Köln 1997. |
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7 | Die Synthese des Hochtemepartursupraleiters Tl-2212 gelingt
durch langsame
Oxidation einer abgeschreckten Legierung der metallischen Komponenten
mit
reinem Sauerstoff. Die Oxidation einer gut präparierten Legierung
verläuft in einem Schritt unter Kontrolle der thermischen
Parameter.
Ref.: H.-U. Schuster, J. Wittrock: J. Thermal. Anal. 39 (1993) 1397-1401. |
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8 | Eine DTA/TG-Messung unter Ammoniak:
Meike Roos untersuchte die Wege der Ammonolysereaktionen von Ammoniumhexafluorometallaten des Typs (NH4)3MF6 (M = Al, Ga, In) mit Hilfe der In-situ-Pulverdiffraktometrie und DTA-Methoden. Nach dem Auffinden der optimalen Messparameter erhielten wir diese aussagekräftigen Diagramme, welche hervorragend mit den Ergebnissen anderer analytischer Methoden korrelieren. In diesem Diagramm wird die Aluminiumverbindung gezeigt. |
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9 | Ein komplexes Schema für die Reaktionen zwischen (NH4)3GaF6
und NH3, welches über viele Zwischenstufen
verläuft
und zu GaN führt, ist in der nachfolgenden Literaturstelle
beschrieben:
Meike Roos, Jörg Wittrock, Gerd
Meyer, Silvia Fritz and Joachim Strähle:
Dabei sieht das Diagramm der Messung unter Ammoniak bei 1 Atm so einfach aus ... |
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10 | Einen ganzen Korb voller Fragen und Ergebnisse lieferte die
Untersuchung
der Ammonolyse von (NH4)3InF6. Die
Reaktionswege
sind komplex und voller Überraschungen, wie Meike Roos und Gerd
Meyer
zeigen:
Z. Anorg. Allg. Chem. 625 (1999) 1839. |
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11 | Die Thermische Analyse in der Nähe des Schmelzpunktes
von Eis
ist immer eine Herrausforderung. Unsere neue Apparatur -
jetzt beim
FTA erhältlich - vereinfacht die Aufnahme
von Phasendiagrammen erheblich. Der Prototyp wurde in der Arbeitsgruppe
von Prof. Dr. Arnold Adam
(TU Clausthal) an der Universität zu Köln entwickelt.
Das Diagramm zeigt das System K2CO3 / H2O in der Nähe des kryohydratischen Punktes. Beachten Sie, daß die Kurven so gezeigt werden, wie gemessen. Die Basislinien müssen weder angepasst noch angeglichen werden! |
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12 | Unser Titelbild zeigt die DTA-Kurven des Systems K2CO3
/ H2O im Bereich von 0-75 Gewichtsprozent Kaliumcarbonat.
Die
zweiphasigen Gebiete erscheinen als Hochebenen zwischen den Tälern
der Phasenübergänge.
Diese zeichnen das Phasendiagramm als topografische Landkarte. Die Literaturstelle ist vollständig auf unserer Phasenanalyse-Seite wiedergegeben. |
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13 | Arnold Adam
und sein
Arbeitskreis
untersuchen u.a. die Chemie von Carbonaten und Hydrogencarbonaten
der Alkali- und Eralkalimetalle, sowie in neuerer Zeit auch peroxidhaltige Verbindungen. Die vorderste Kurve des Diagramms zeigt die Zersetzung von Perhydrol, bei den folgenden wurde KHCO3 zugesetzt, was zu niedrigeren Zersetzungstemperaturen führte. Das ausgeprägte Zackenmuster der Zersetzungspeaks ist auf Blasenbildung zurückzuführen: jedes Bläschen macht sein eigenes kleines Signal. |
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14 | Wegscheiderit Na2CO3 * 3 NaHCO3 - war das Thema dieser Messreihe. Das System Na2CO3 / NaHCO3 / H2O ist sehr komplex und schließt auch Trona Na2CO3 * NaHCO3 * 2 H2O ein. Beachten Sie die Verschiebung der Basislinien, welche aus den unterschiedlichen Wärmekapazitäten der gleichgewichtigen Proben resultiert. | |
15 | Auf den Kopf gestellt! Dies ist ein Ausschnitt aus dem K2CO3 / H2O-Diagramm. Manchmal kann man den Beginn eines Signals aus dieser Perspektive besser erkennen. Der Mensch bemerkt eine leichte Steigung viel deutlicher als ein sanftes Gefälle... | |
16 | Hier sind Iso(differenz)temperaturlinien des Diagramms Nr. 12 dargestellt. Sie zeichnen ein interessantes Bild des gut bekannten Phasendiagramms. Die bei einigen Kurven auftretenden Anomalien könnten als Artefakte interpretiert werden. Wenn aber gut hundert Kurven ein solch kohärentes Bild ergeben, ist es schon einen genaueren Blick wert. Wir werden Sie auf dem Laufenden halten. | |
wird fortgesetzt... | Ein herzliches Dankeschön an alle Kollegen für die gute Zeit in Köln! |
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