Analysis of complex thermoanalytical curves: The thermodynamic and kinetic parameters of isopropylammonium nitrate

A method is presented to determine thermodynamic and kinetic parameters from complex thermoanalytical curves. Such curves are obtained when thermoanalytical events like phase transition and chemical decomposition overlap.Isopropylammonium nitrate was taken as an example to demonstrate how these parameters were determined from non-isothermal TG and DSC curves by constructing DSC-DTG sum curves.

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Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zur Bestimmung thermodynamischer und kinetischer Parameter von komplexen thermoanalytischen Kurven beschrieben. Kurven dieser Art entstehen bei der Überlappung thermoanalytischer Ereignisse wie z.B. Phasenumwandlungen und chenliche Zersetzungen.Am Beispiel von Isopropylammoniumnitrat wird demonstriert, wie die einzelnen Parameter der nicht-isothermen TG und DSC Kurven durch Konstruktion von DSC-DTG-Summenkurven ermittelt werden.

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$ . , $ . , -.

     

Crystallization of iron phosphate glasses

Differential thermal analysis (DTA), thermogravimetric analysis (TG), X-ray diffraction and Mössbauer spectroscopy were employed in the investigation of crystalline products of FeO_x-P₂O₅ glasses generated by various heat treatments. In glasses with a high value of =Fe²⁺/(Fe²⁺ + Fe³⁺), absorption of oxygen occurs in a broad temperature range identified by TG. Depending on the value of , two exotherms appear in the DTA curves, the low-temperature one corresponding to crystallization of the Fe₃(PO₄)₂ type regions, and the high-temperature one being related to various phases with dominating FePO₄. Each exotherm has its own transformation region, identical in absolute value. The Mössbauer spectra of glasses which underwent thermal treatment at higher temperatures exhibit some indication of phases of the types Fe₃(PO₄)₂ · xH₂O and FePO₄ · xH₂O.

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Zusammenfassung Differentialthermoanalyse (DTA), thermogravimetrische Analyse (TG), Röntgendiffraktion und Mössbauerspektroskopie wurden bei der Untersuchung (von kristalliner Produkte) durch verschiedene thermische Behandlungen hergestellten FeO_x-P₂O₅ Gläsern eingesetzt. In den Glasarten mit einem hohen Wert von =Fe²⁺/(Fe²⁺ + Fe³⁺) erfolgt die Sauerstoffabsorption in einem durch TG [nachgewiesenen breiten Temperaturbereich. In Abhängigkeit von dem -Wert erscheinen zwei Exothermen in den DTA-Kurven, von denen der bei niedriger Temperatur die Kristallisation des Fe₃(PO₄)₂ entspricht, und jener bei höheren Temperaturen in verschiedenen Phasen dem FePO₄. Jede Exotherme hat ihr eigenes Umwandlungsgebiet, das in absolutem Wert identisch ist. Die Mössbauer-Spektren der Gläser welche einer Wärmebehandlung bei höheren Temperaturen unterzogen worden sind, weisen einige Indikationsphasen der Typen Fe₃(PO₄)₂ · xH₂O und FePO₄ · xH₂O auf.

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, , FeO_x-P₂O₅, . , =Fe²⁺/(Fe²⁺+Fe³⁺) . , - : Fe₃(PO₄)₂, – FePO₄. , . , , Fe₃(PO₄)₂ · ₂ FePO₄ · ₂.

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The authors thank Mrs. Simonyiová for assistance in the experimental part of these investigations, and Dr. Horváth and Dr. Vondrovic for performing the X-ray and TG analyses.     

Role of tellurium in the oxidation of 1-butene on Te-doped CdMoO4

New active and selective catalysts were prepared by adding different quantities of Te to CdMoO₄. These were already selective at low Te levels, but the one with a Cd/Te/Mo ratio of 1/1/1 was specific for butadiene. The catalytic behavior of the Cd–Te–Mo–O system has been correlated mainly with the CdTeMoO₆ phase in the region rich in Te and with the CdMoO₄ phase with Te as dopant in the region poor in Te.

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Te CdMoO₄. Te, CdTeMo=111 . Cd–Te–Mo–O CdTeMoO₆ Te, CdMoO₄ Te , Te.

     

Kinetics of partly diffusion controlled reactions

We propose a simple kinetic model in which two types of processes between two reactants occur: diffusional processes for distances greater than , the reaction distance, and static quenching for distances smaller than . This model might be useful in the studies of diffusion in membrane systems.

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, , : , , , . .

     

Application of DTA for controlling the heat treatment of E AlMgSi alloys

The phase changes in the solid state in E AlMgSi alloy are discussed. The dissolution and precipitation processes are investigated by DTA, and the results can be applied to control the technological parameters of dissolution heat treatments.

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Zusammenfassung Die Autoren erörtern die Phasenänderungen in festem Zustand in E AlMgSi-Legierungen. Die Lösungen- und Fällungsvorgänge werden mittels der DTA-Methode untersucht, wodurch die Versuchsegebnisse bei der Kontrolle der technologischen Parameter der Hitzebehandlung von Lösungen eingesetzt werden⁵ können.

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Résumé Etude par ATD des changements de phases dans l'état solide de l'alliage E AlMgSi et des processus de dissolution et de précipitation. Les résultats peuvent être appliqués au contrôle des paramètres technologiques des traitments thermiques.

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E AlMgSi, . . .

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Paper presented at the Scientific Session on Thermal Analysis held at Balatonfüred, Hungary, on 14–16 October 1976.     

Positions of steady states in two-component chemical systems

The general kinetic equation for two-component chemical systems is analyzed. It is shown that the positions of steady states in concentration spaces can be detected by a qualitative analysis of the chemical mechanism.

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. , .

     

Flow-pulsation method to study the activity of catalyst in high-pressure processes

Generation of gradientless conditions by the pulsation method with variable reciprocating gas flow method through the isothermal catalyst bed is suggested as one of the trends in the further development of external circulation flow systems. The conditions ensuring continuous stirring have been established. Flowcirculation and pulsation methods have been tested under similar conditions.

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- - . , , - .

     

A Thermal study of the precipitates formed in ammonia neutralization of acidic solutions of dissolved phlogopite

The precipitates containing mainly iron, aluminium and magnesium hydroxides, obtained from phlogopite dissolved in nitric acid by means of the neutralization procedure with ammonia, have been investigated by thermal analysis (TG, DTG and DTA). According to the present study, which is part of a larger investigation into the chemical utilization of Finnish mica minerals, the formation of solid solutions between iron and aluminium hydroxides in silt increases with an increasing neutralization temperature. Nitrogen exists mainly in the form of nitrate in silts, and magnesium forms mixed hydroxides with aluminium, which causes a separation between the iron hydroxide and magnesium aluminium hydroxide phases.

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Zusammenfassung Die von in Salpetersäure gelöstem Phlogopit durch Neutralisierung mit Ammoniak erhaltenen, hauptsächlich Eisen-, Aluminium- und Magnesiumhydroxid enthaltenden Niederschläge wurden thermoanalytisch (TG, DTG und DTA) untersucht. In der vorliegenden Arbeit, die Teil einer grossangelegten Untersuchung zur chemischen Nutzung finnischer Glimmermineralien ist, wird gezeigt, dass die Bildung fester Lösungen von Eisen- und Aluminiumhydroxiden in Schluff mit zunehmender Neutralisationstemperatur ansteigt. Stickstoff kommt in Schluff hauptsächlich in Form von Nitraten vor, und Magnesium bildet Mischhydroxide mit Aluminium, was eine Trennung der Eisenhydroxidphase von der Magnesium-Aluminium-Hydroxidphase bewirkt.

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, , , . . , , . , , , , .

     

Activation of magnesia by hydrogen spillover

Magnesia aerogel activated by hydrogen spillover at 430 °C or at 200 °C becomes a catalyst for the hydrogenation of ethylene. This catalytic activity, observed already at 50 °C, is further enhanced by a treatment in oxygen at 430 °C.

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, 430 200°C, . 50°C 430°C.

     

Vitreous phases of the Ag2O∶B22O3∶P2O5 system

Most optimized vitreous electrolytes are obtained by doping an oxide glass with a salt (MX); the resulting substance has an increased ionic conductivity, but a reduced thermal stability. On the other hand, this paper shows that it is possible to obtain vitreous electrolytes with enhanced electrical and thermal performances by mixing two glass formers. This phenomenon may be called the mixed anion effect. The Ag₂OB₂O₃P₂O₅ system is shown to offer a very interesting example of such a phenomenon.

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Zusammenfassung Optimale glasartige Elektrolyte werden durch Dopen eines Oxydglases mit einem Salz (MX) erhalten; die Produkte weisen eine erhöhte ionische Leitfähigkeit, jedoch auch eine verminderte thermische Stabilität auf. Andererseits wird gezeigt, daß glasartige Elektrolyte mit besseren elektrischen und thermischen Eigenschaften durch Mischen von zwei Glasbildnern erhalten werden können. Für dieses Phänomen wird die Bezeichnung mixed anion effect in Vorschlag gebracht. Es wird gezeigt, daß das System Ag₂OB₂O₃P₂O₅ ein sehr interessantes Beispiel dieses Phänomens bietet.

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MX. , . . . , Ag₂O₂₃₂₅ .

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The NMR data were collected at the Regional NMR Center of the Colorado State University (Fort Collins, Co, USA), funded by NSF Grant CHE-8208821). This research was funded in part by the Italian Department of Education (MPI 40%).     

Kinetic studies of unsteady-state oxidative dehydrogenation of n-butylenes over oxide catalysts

Kinetic studies of unsteady- and steady-state oxidative dehydrogenation of n-butylenes indicate that in unsteady-state conditions the diffusion of oxygen ions out of the catalyst bulk plays a significant part. The parameters of the unsteady-state kinetic model have been numerically calculated.

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- . , . .

     

Fossil age determination by thermal analysis

Subsequent to a comparative examination of recent bone material the author has recently completed the paleobiogeochemical evaluation of classical Quaternary and Pliocene terrestrial fossils of vertebrata from Hungary. A derivatograph (MOM) has been used to determine two thermoanalytical parameters which are closely associated with the passage of geological time: the total bound organic-matter content of the fossil and the fossilization cofficient.Derivatographic measurement of the organic matter in the bones is supplemented by fine-structure analysis of bone-tissue slides.Sample material of unknown age from several provenances was evaluated with the new dating method. The importance of the procedure is even greater in cases when only indefinite sporadic finds can be obtained from the sediments.

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Zusammenfassung Nach einer vergleichenden Untersuchung an neuzeitlichem Knochenmaterial hat der Autor kürzlich die paleobiogeochemische Auswertung der klassischen Quaternären und Pliocenen terrestren Fossilien von Vertebraten aus Ungarn ergänzt.Ein Derivatograph (MOM) wurde zur Bestimmung zweier thermoanalytischer Parameter eingesetzt, die eng mit dem Fortschreiten der geologischen Zeit verbunden waren: dem Gesamtgehalt an gebundenem organischem Material und dem Fossilisationskoeffizienten.Die derivatographische Messung der organischen Substanz in den Knochen wurde durch die Feinstrukturanalyse von Knochengewebeschnitten ergänzt.Probenmaterial unbekannten Alters verschiedener Herkunft wurde mit der neuen Methode ausgewertet. Die Bedeutung des Verfahrens ist in den Fällen noch grösser, wenn aus den Sedimenten nur unbestimmte sporadische Funde erhalten werden können.

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, . (MOM) , : . - . . , .

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The author wishes to thank the staff of the Department of Experimental Physics of L. Kossuth University for the neutron activation measurements and the Computer Center of the University for the calculation work.     

On the state of Re in the Pt/Re reforming catalysts

Both Pt/Al₂O₃ and (Pt+Re)/Al₂O₃ industrial catalysts contain, after reduction (at 450 °C) ions, extractable by acetylacetone. However, a substantial part of Re is reduced.

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Pt/Al₂O₃ (Pt+Re)/Al₂O₃ ( 450 °C) , . , .

     

Kinetics of the thermal decomposition of alkaline earth metal hydrofluorides

The thermal stability of alkaline earth metal hydrofluorides was studied by means of a Derivatograph. The values of the activation energy, reaction order and rate constant were determined. The comparison of the kinetic parameters of the decomposition process for the complete series of hydrofluorides studied led to a certain regularity in the differences in their thermal stabilities and its correlation with the strength of the hydrogen bond in their structure.

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Zusammenfassung Die thermische Stabilität von Erdalkalihydrofluoriden wurde mit Hilfe eines Derivatographen untersucht, die Werte der Aktivierungsenergien, der Reaktionsordnung und der Geschwindigkeitskonstanten bestimmt. Der Vergleich der kinetischen Parameter des Zersetzungsvorganges wies auf eine gewisse Regelmäßigkeit in ihrer verschiedenen thermischen Stabilität, die in Zusammenhang mit der Stärke ihrer strukturalen Wasserstoffbindung steht.

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Résumé On a étudié la stabilité thermique des hydrogénofluorures des métáux alcalinoterreux et déterminé les valeurs des énergies d'activation, des ordres de réaction et des constantes de vitesse de réaction à l'aide d'un Dérivatographe. Après comparaison des paramètres cinétiques on a pu établir une certaine régularité dans le changement de la stabilité thermique en corrélation avec la force de liaison de l'hydrogène dans la structure.

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Das System KNbO3-Nb2O5

Zusammenfassung Das System KNbO₃–Nb₂O₅ wurde mit thermoanalytischen, dilatometrischen und röntgenographischen Methoden neu untersucht. Acht ternäre Verbindungen werden im Bereich von 0–50 Mol-% K₂O gefunden. Nur K₄Nb₆O₁₇ schmilzt kongruent, alle anderen zersetzen sich peritektisch. Bei den beiden niobreichaten ternären Verbindungen handelt es sich um Hochtemperaturphasen, die sich erst oberhalb 1273 bzw. 1551 K bilden. Drei der acht Verbindungen wandeln sich mit steigender Temperatur in ihre Hochtemperaturmodifikation um.

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The KNbO₃-Nb₂O₅ system was studied by thermal analysis, dilatometry and X-ray techniques. Eight ternary compounds were found in the range from 0 to 50 mol% K₂O. Only K₄Nb₆O₇ was found to melt congruently, the other compounds decomposed peritectically. For the two ternary compounds with the highest percentage of niobium high-temperature phases were observed which were formed only above 1273 and 1551°, respectively. Three of the compounds studied transformed into their high temperature modifications on heating.

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, $ KN₃-Nb₂O₅. 0 50 % . , K₄Nb₆O₇ , $ . $ $ 1273 1551°. $ $ .

     

M?ssbauer spectroscopic studies of passivated layers of iron-containing catalysts for ammonia synthesis

Combined conversion electron (CEMS) and transmission -ray (MS) Mössbauer spectroscopy was used to study the structure of passivated layers of promoted and unpromoted iron-containing catalysts. In both catalysts the oxide-coated films were found to consist of small paramagnetic (at 300 K) clusters of ferric oxide.

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. , ( 300 ) .

     

Effect of free phosphine on the reactivity of phosphine-containing rhodium(I) complexes

The photolysis products of SO₂-pentane-NO mixtures are N₂O, H₂O and a compound designated as RNO. Kinetic data obtained by OC method confirm the previously proposed scheme of photolysis. Also studied was the photolysis of SO₂, NO and cyclohexane mixtures. From comparison of spectral characteristics of RNO and its analog 2-methyl-2-nitrosopropane, the probable structure of RNO is suggested.

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SO₂--NO N₂O, H₂O , RNO. , , . SO₂ NO . RNO 2--2- RNO.

     

Catalytic activity of perovskite-type oxides LaMeO3

Catalytic activities for CO oxidation of a series of LaMeO₃(Me³⁺=V³⁺, Cr³⁺, Mn³⁺, Fe³⁺, Co³⁺, Ni³⁺) perovskite-type oxides were measured. Maxima for Mn³⁺ and Co³⁺ were found. The relation between local symmetry of solid surfaces and chemisorption and catalysis is discussed.

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, LaMeO₃ (Me⁺³=V⁺³, Cr⁺³, Mn⁺³, Fe⁺³, Co⁺³, Ni⁺³) CO. Mn⁺³ Co⁺³. , .

     

A systematic theory of one-cell differential thermal analysis

The mathematical theory is developed for heat transfer in the cells of DTA instruments with no temperature gradient. Equations are derived for the various portions of the differential curve. The concepts of real and hypothetical base lines are introduced and rules are formulated for plotting them. Three methods are proposed for processing the curves, with and without the introduction of base lines. The physical meanings of the geometrical elements of the thermal curves and their relationship with the experimentally determined thermal quantities are elucidated. Equations in differential and integral forms are derived for the base line of the cell and the base line of the reaction.

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Zusammenfassung Eine mathematische Theorie für den Wärmeübergang in Zellen von DTA-Geräten ohne Temperaturgradient wird entwickelt. Für die einzelnen Abschnitte der differentiellen Kurve werden Gleichungen abgeleitet. Das Konzept der reellen und hypothetischen Grundlinien wird eingeführt und Regeln für deren Konstruktion werden aufgestellt. Drei Methoden zur Darstellung der Kurven mit und ohne Einführung der Grundlinien werden vorgeschlagen. Die physikalische Bedeutung der geometrischen Elemente der thermischen Kurven und deren Beziehung zu den experimentell bestimmten thermischen Größen werden klargestellt. Für die Grundlinie der Zelle und für die der Reaktion werden Gleichungen in differentieller und integraler Form abgeleitet.

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, . . . — . . .

     

Retarded solid state reactions

Reconstructive phase transitions and formation or decomposition reactions in the solid state exhibit in DTA-measurements a more or less great hysteresis between the temperatures from heating and cooling curves; at worst the reaction can be suppressed completely. By e.m.f.vs. T-measurements in appropriate galvanic cells for solid electrolytes equilibrium temperatures in the case of such kinetic hindrance can be determined and additionally the existence of metastable states can be proved.

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Zusammenfassung Rekonstruktive Phasenumwandlungen sowie Bildungs- und Zersetzungsreaktionen im festen Zustand zeigen bei DTA-Messungen eine mehr oder minder große Hysteresis zwischen den aus Aufheiz- bzw. Abkühlkurven ermittelten Temperaturen; schlimmstenfalls kann die Festkörperreaktion völlig unterdrückt sein. Mißt man in geeigneten galvanischen Zellen für Festelektrolyte EMK-gegen-T-Kurven, so erhält man auch im Falle kinetischer Hemmungen Gleichgewichtstemperaturen und kann darüber hinaus das Vorliegen metastabiler Zustände nachweisen.

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We have to thank the Deutsche Forschungsgemeinschaft and the Fonds der Chemischen Industry for supporting our work from the outset.