DE2856287A1

DE2856287A1 - Verfahren und vorrichtungen zur bestimmung von reaktionsenthalpien

Info

Publication number: DE2856287A1
Application number: DE19782856287
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Phys Bahner; Harry Dipl Ing Pleva
Original assignee: Babcock BSH AG
Current assignee: Grenzebach GmbH and Co KG
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1980-07-17
Also published as: DE2856287C2

Description

Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von Reaktionsenthalpien Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von Reaktionsenthalpien bei in einem geschlossenen Gefäß durchgeführten chemischen oder thermischen Reaktionen.
Sie dienen dazu, die bei chemischen Reaktionen freigesetzte oder aufgenommene Wärmeenergie zu bestimmen bzw.
der Messung von Wärmereaktionen beim Aufheizen oder Abkühlen bestimmter Stoffe (Thermoanalyse).
Bei den bekannten Reaktionskalorimetern wird die Meßgröße meist durch Bestimmung der Kühl- oder Heizleistung, die notwendig ist, um den Inhalt des Kalorimetergefässes auf konstante Temperatur zu halten, ermittelt.
Dieses bekannte Verfahren ist wegen der erforderlichen Regeleinrichtungen recht aufwendig und noch ungenau, da hierbei die auftretenden Abstrahlverluste nicht erfaßt werden.
Ziel der Erfindung ist es, die Messung von Reaktionsenthalpien zu vereinfachen und unter Erfassung der Strahlungsverluste wesentlich genauer zu gestalten.
Erreicht wird dies nach der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch, da3 der durch die Wandung des Reaktionsgefässes fließende Wärme fluß gemessen wird.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten und gerätetechnische Einzelheiten der Erfindung seien nun anhand der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Im einzelnen zeigen Fig. 1: einen Schnitt durch eine Vorrichung zur Bestimmung von chemischen Reaktionswärmen gemäß der Erfindung, Fig. 2: einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Thermoanalyse gemäß der Erfindung.
In der Fig. 1 ist mit 1 ein Reaktionsgefäß bezeichnet, in dessen Reaktionsraum 2 die beiden zur chemischen Reaktion zu bringenden chemischen Stoffe symbolisch durch die Kreise A und B dargestellt sind. Die Stoffe A und B werden hierin in allgemein bekannter Weise zunächst getrennt aufbewahrt und alsdann zur Einleitung der Reaktion miteinander in Verbindung gebracht, z.B. durch Einlassen des einen Reaktionspartners aus einem nicht dargestellten Vorratsgefäß auf dem am Boden des Reaktionsgefässes liegenden zweiten Reaktionspartner. Selbstverständlich können an der Reaktion auch mehrere Stoffe teilnehmen. Das Reaktionsgefäß 1 besteht aus einer vorzugsweise zylindrischen Wandung 3 und ein( jeweils wärmeisolierten Boden 4 und Deckel 5. Der Boden 4 ist beispielsweise fest mit der Wand 3 verbunden, während der mit Hilfe der Dichtungen 6 dicht anliegende Deckel 5 lösbar ist. Die Wandung 3 ist von einem Wärmeflußmesser 7 umgeben, welcher aus zwei konzentrischen Wicklungen, durch die strichpunktierten Linien 8 und 9 angedeutet, aus elektrisch isoliertem Draht- aus einem temperaturabhängigen Widerstandsmaterial (z.B. Kupfer) und einer dazwischen liegenden thermisch mäßig leitenden Schicht 10 von definierter Dicke (Wärmewiderstand z.B. aus Kunststoff oder Keramik) besteht. Das Ganze ist von einem Kühlmantel 11 umgeben. Die freien Enden der Wicklungen 8, 9 sind mit geeigneten Meßeinrichtungen (z.B. Widerstandsbrücken) zurErfassung ihrer Widerstandsunterschiede infolge der unterschiedlichen zu beiden Seiten der Schicht 10 aufgrund des Wärmeflusses auftretenden Temperaturen. Eine Eichung des Wärmeflußmessers kann über die Beaufschlagung des Reaktionsraumes mit verschiedenen genau bekannten Wärmeenergien vorgenommen werden.
Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Die beiden Reaktionspartner A und B werden in dem Reaktionsraum getrennt gelagert, bis vollkommener Temperaturausgleich stattgefunden hat und der Wärmeflußmesser abgeglichen ist. Dann werden die Reaktionspartner vereinigt. Die freigesetzte Wärme fließt dann durch den Wärmeflußmesser an den Kühler ab. Die Integration des Wärmeflusses ergibt die freigesetzte Wärmemenge, In der Fig 2 wird der Reaktionsraum 20 von einem Tiegel 21 mit der Wandung 22, dem wärmeisolierten Boden 23 und dem wärmeisolierten Deckel 24 gebildet. Mit 8, 9, 10 sind wiederum die bereits anhand der Fig. 1 beschriebenen Teile des Wärmeflußmessers 7 bezeichnet. Im Reaktionsraum 20 sind eine Heizung 25 und eine Temperatursonde 26 angeordnet. Eine weitere Temperatursonde 27 greift durch den Deckel 24 des Tiegels in den Reaktionsraum 20 ein.
Die Heizung kann auch als Wicklung in die Tiegelwandung 22 eingelagert sein. Die Temperatursonde 26 ist über die Innenwand der Tiegelwandung 22 verteilt angeordnet. Die Temperaturmeßwerte dieser Sonde werden über nicht dargestellte Leitungen nach außen übertragen. Die Temperatursonde 27 kann auch direkt an der Heizung 25 befestigt sein. Die einzelnen Meßstellen sind mit einer Registriereinrichtung verbunden, in der die Differenz zwischen der zugeführten Heizleistung und durch den Wärmeflußmesser abgeführten Wärmeleistung in Abhängigkeit von der Temperatur des Tiegels aufgezeichnet werden. Derartige Registriereinrichtungen sind sattsam bekannt und daher nicht eingezeichnet.
Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Von dem zu untersuchenden Material wird eine definierte Menge in den Tiegel eingefüllt. Der Tiegel wird aufgeheizt und die Differenz zwischen zugeführter und abgeführter Wärmeleistung in Abhängigkeit von der Temperatur im Tiegel aufgezeichnet. Falls in der Probe z.B. einer bestimmten Temperatur eine wärmeverbrauchende Reaktion eintritt, wird Reaktionswärme verbraucht und es tritt ein Wärmedefizit auf.
Es ergeben sich beim Durchlaufen des Temperaturprogrammes Diagramme von ähnlicher Struktur und Aussagefähigkeit wie bei der Differentialthermoanalyse. Bei dem neuen Verfahren werden zusätzlich quantitative Werte für die Bindungsenthalpie gewonnen. Außerdem kann die bei der Differentialthermoanalyse auftretende Schwierigkeit umgangen werden, eine Vergleichssubseanz zu finden, die einen mit der Probe übereinstirnrr nden VerF lauf der spezifischen Wärme aufweist und inert ist.
Die Bezeichnung thermischer bzw. temperaturabhängiger Widerstand bezieht sich auf ein Material mit einem Temperaturkoeffizienten der elektrischen Leitfähigkeit.
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Claims

Patentansprüche: S Verfahren zur- Bestimmung von Reaktionsenthalpien bei in einem geschlossenen Gefäß durchgeführten chemischen oder thermischen Reaktionen, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Wandung des Reaktionsgefässes fließende Wärmefluß gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere Verfahren zur Thermoanalyse, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchende Substanz in einem Tiegel (21), dessen Mantel (22) mit einem Wärmeflußmesser (7) versehen ist, aufgeheizt wird und die Differenz zwischen zugeführter und abgeführter Wärmeleistung in Abhängigkeit von der Temperatur des Tiegels aufgezeichnet wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere zur Bestimmung chemischer Reaktionswårmen, gekennzeichnet durch ein vorzugsweise zylindrisches Reaktionsgefäß (1), ein um das Reaktionsgefäß herum angeordneter Wärmeflußmesser (7), bestehend aus zwei konzentrisch auf die Wand (3) des Reaktionsgefässes aufgewickelte elektrisch isolierte Drahtwicklungen (8, 9) aus einem temperaturabhängigen Widerstandmaterial, zwischen denen sich eine thermisch mäßig leitende Schicht (10) von detinierter Dicke befindet, einem das Reaktionsgefäß (1) und den Wärmeflußmesser (7) umschließender Kühlmantel (11), sowie ein das Reaktionsgefäß abschlies- sender und mit einer Wärmeisolation versehener Boden (4) und Deckel (5).
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen das Probematerial aufnehmenden Tiegel (21), in dessen inneren Reaktionsraum (20) eine Heizung (25) und Temperaturmeßsonden (26, 27) hineinragen, einen den Tiegel (21) umgebener Wärmeflußmesser (7), bestehend aus zwei konzentrisch um den Tiegel gewickelte elektrisch isolierte Drahtwicklungen (8, 9) aus einem temperaturabhängigen Widerstandsmaterial, zwischen denen sich eine thermisch mäßig leitende Schicht (10) von definierter Dicke befindet, mit einer Wärmeisolation versehenen Deckel (24) und Bodenteil (23) des Tiegels und eine diese Anordnung nach außen hin abschirmende Wärmeisolation bzw. geringfügige Kühlung.

Beschreibung: