DE2856287C2 - Vorrichtung zur Bestimmung von Reaktionsenthalpien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Reaktionsenthalpien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen dienen zur Bestimmung der bei chemischen Reaktionen freigesetzten oder aufgenommenen Wärmeenergie und zar Messung von Wärmereaktionen beim A,ufheizon oder Abkühlen bestimmter Stoffe (Thermoanalyse). Die eh.mischen oder thermischen Reaktionen werden dazu in einem geschlossenen Reaktionsgefäß durchgeführt und der durch die Wand des Reaktionsgefäßes fließende Wärmefluß gemessen.

In Chemie-Ing.-Techn.40. Jahrg. 1968, Heft 19, Seiten 942—945 sind gattungsgemäße Vorrichtungen beschrieben, bei denen sich der Wärmefluß über die Drähte einer hochempfindlichen Thermosäule zu einem Thermostaten vollzieht und daher der gemessenen Thermokraft proportional ist. Nach einer Ausführungsform (Seite 942, Abb. 13) befindet sich ein zylindrisches Reaktionsgefäß in einer dichtsitzenden Metallhülse, über deren Oberfläche die Lötstellen einer aus mehreren hundert Einzelelementen bestehenden Thermosäule gleichmäßig verteilt sind. Die beschriebenen Vorrichtungen haben einen sehr aufwendigen Aufbau, insbesondere ist ein Thermostat erforderlich, zu dem der Wärmefluß abgeleitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung wesentlich einfacher zu gestalten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zur Bestimmung von chemischen Reaktionswärmen und zur Thermoanalyse.

Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung der Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Bestimmung von chemischen Reaktionswärmen gemäß der Erfindung.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Thermoanalyse gemäß der Erfindung.

In der F i g. 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 aligemein 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 Baden des Reaktionsgefäßes liegenden zweiten Reaktionspartner. Selbstverständlich können an der Reaktion auch mehrere Stoffe teflne&men. Das Reaktionsgefäß 1 besteht aus einer vorzugsweise zylindrischen Wandung 3 und einem 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 £wei konzentrischen Wicklungen, durch die strichpunktierten Linien 8 und 9 angedeutet, aus elektrisch isoliertem Draht aus einem temperaturabhängigen Widerstandsmateria! (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) zur Erfassung 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» Dane 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 F i g. 1 beschriebenen Teile des Wärmeflußmessers 7 bezeichnet Im Reaktionsraum 20 sind eine Heizung 25 und eine

so 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 Vergleichssubstanz zu finden, die einen mit der Probe übereinstimmenden Verlauf der spezifischen Wärme aufweist und inert ist.

Die Bezeichnung thermischer bzw. temperaturabhängiger Widerstand bezieht sich auf ein Material mit einem Temperaturkoeffizienten der elektrischen Leitfähigkeit

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

25

30

35

40

45

%

65

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung von Reaktionsenthalpien, mit einem zylindrischen Reaktionsgefäß und einer Einrichtung zur Messung des Wärmeflusses durch die Wand des Reaktionsgefäßes, gekennzeichnet durch einen Wärmeflußmesser (7), bestehend aus zwei konzentrisch auf die Wand (3, 22) des Reaktionsgefäßes (1,21) aufgewickelten elektrisch isolierten Drahtwicklungen (8, 9) aus einem temperaturabhängigen Widerstandsmaterial, zwischen denen sich eine thermisch mäßig leitende Schicht (10) von definierter Dicke befindet, und durch einen das Reaktionsgefäß (1,21) abschließenden und mit einer Wärmeisolation versehenen Boden (4,23) und Deckel (5,24).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kühlmantel (11), der das Reaktionsgefäß (1) undiien Wärmeflußmesser (7) umschließt

3. Vorric&tung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Heizung (25) und Temperaturmeßsonden (26,27) im Innern des Reaktionsgefäßes (21).