Possibilities of applying the piloyan method of determination of decomposition activation energies in the differential thermal analysis of polynitroaromatic compounds and their derivatives

Piloyan activation energiesE as well as initals of exothermT _D of sevenN-monoalkyl and fiveN,N-dialkyl-2,4-dinitroanilines were determined. Relationships were found between the T_D values and R_f factors as well asE values and those R_M functions and also theET _D ^–1 term and R_M functions.

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Zusammenfassung Die AktivierungsenergienE nach Piloyan sowie die Anfangswerte der ExothermenT _D wurden für siebenN-Monoalkyl- und fünfN,N-Dialkyl-2,4-dinitroaniline bestimmt. Die Zusammenhänge zwischen denT _D-Werten und den papierchromatographischenR _f-Faktoren der gemessenen Dinitroaniline wurden abgeleitet und erörtert. Desgleichen wurden auch die Zusammenhänge zwischen denE-Werten und denR _M-Funktionen der Papierchromatographie abgeleitet und erörtert. Auch zwischen dem AusdruckE ·T _D ^–1 und denR _M-Funktionen wurde ein Zusammenhang gefunden.

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Résumé On a déterminé les températures initialesT _D de l'effet exothermique ainsi que les énergies d'activationE d'après la méthode de Piloyan, de sept N-mono alcoyl et cinqN,N-dialcoyl-2, 4-dinitroanilines. Une corrélation entre les valeursT _D et les facteursR _f de la Chromatographie sur papier des dinitroanilines étudiées a été trouvée et discutée, ainsi qu'entre les valeursE et les fonctionsR _M de la Chromatographie sur papier. Une relation entre le termeE ·T _D ^–1 et les fonctionsR _M a également été trouvée.

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E T _D N- N,N- -2,4- . _D R _f , E R _M. E. _D ^–1 R _M.

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The authors would like to thank Mrs. Anna Collàkovà for careful DTA measurements, and Dr. Ladislav Smolka for help in treatment of the measured results with the Wang 600 computer.     

On theC v toC p conversion for solid linear macromolecules

TheC _v toC _p conversion for solid linear macromolecules via the Nernst-Lindemann equationC _p -C _v =A ₀,C _p ² T/T_m is discussed on hand of data for 10 crystals and seven glasses. An average value ofA ₀=(5.11±2.41) · 10^–3 mol K J^–1 was calculated if the mole is assumed to refer to heavy atoms only. ThisA ₀ is numerically equal to the original Nernst—Lindemann constant.

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Zusammenfassung An Hand von sich auf 10 Kristalle und 7 Gläser beziehenden Daten wird die Umrechnung vonC _v -inC _p -Werte für feste lineare Makromoleküle mittels der Nernst-Lindemann-GleichungC _p -C _v =A ₀ C _p ² T/T _m diskutiert. Ein Durchschnittswert vonA ₀=(5.11±2.41) · 10^–3 mol K J^–1 wurde unter der Annahme berechnet, daß sich das Mol nur auf schwere Atome bezieht. DieserA ₀-Wert ist numerisch gleich der ursprünglichen Nerns-Lindemann-Konstanten.

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10 , - C _v C _p , —C _p –C _v = _{0 p} ² / . , , ₀ (5.11±2.41) · 10^–3 · ^–1. ₀ — .

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Support by the National Science Foundation, Polymers Program (Grant No. DMR 83-17097) is gratefully acknowledged.     

The measurement of meaningful activation energies

The uncertainty surrounding the significance of the measured kinetic parameters of solid state decomposition reactions is discussed briefly. Some suggestions are made about what precautions should be taken in order to favour the measurement of undistorted results. Some criteria are proposed for deciding whether a measuredE value can be considered to have its usual meaning. The results of a series of experiments aimed at measuring the activation energy of the decomposition of calcium carbonate using a variety of methods, sample sizes and experimental conditions are presented. These results are compared with results found in the literature and it is concluded that it is possible to measure a reproducible value forE and it is tentatively proposed that this value is meaningful in terms of the energy barrier model of chemical reaction kinetics.

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Zusammenfassung Die sich auf die Signifikanz gemessener kinetischer Parameter von Zersetzungsreaktionen fester Stoffe beziehende Unsicherheit wird kurz diskutiert. Es werden einige Vorschläge hinsichtlich der Vorkehrungen unterbreitet, die zu treffen sind, um unverfälschte Meßergebnisse zu erhalten. Einige Kriterien werden vorgeschlagen, die geeignet sind zu entscheiden, ob ain gemessenerE-Wert die übliche Bedutung hat. Ergebnisse einer Reihe von Experimenten werden angegeben, die ausgeführt wurden, um die nach verschiedenen Methoden, bei Anwendung unterschiedlicher Probenmengen und unter verschiedenen Versuchsbedingungen für die Aktivierungsenergie der Zersetzung von CaCO₃ erhaltenen Werte zu vergleichen. Es wird gefolgert, daß es möglich ist, den Wert vonE reproduzierbar zu messen, und versuchsweise vorgeschlagen, diesen Wert als sinnvoll für das Energiebarrierenmodell der chemischen Reaktionskinetik anzusehen.

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. , . , E . , , . . , .

     

Collisional energy transfer in the decomposition of 2-methyloxetane and 3-methyloxetane, I. Gas/gas collisions

The pressure dependence of the unimolecular rate constants for the thermal decomposition of 2-methyloxetane and 3-methyloxetane has been studied. The average energy transferred downward in gas-gas collision was determined by the application of RRKM theory and a stepladder model of energy transfer.

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2- 3-. , - , .

     

Apport de l'analyse thermique differentielle quantitative a l'etude du polymorphisme du nitrate de potassium a la pression atmospherique

Résumé Application de l'ATD quantitative à l'étude des transformations structurales du nitrate de potassium. Les échantillons (1 à 8 mg) sont chauffés et refroidis dans l'azote sec, à la pression atmosphérique. Au refroidissement, on observe toujours les transitions successives I III II. Le pic exothermique correspondant à I III apparaît dans un intervalle de température très reproductible (118 – 120°). Les mesures de surface confirment la parfaite réversibilité de I III déjà signalée par C. Mazières. Les transitions III I et II I ont lieu pratiquement à la même température (127–130°) mais l'aire du pic endothermique correspondant à III I est plus faible et représente 51.5 % de la valeur observée pour II I. En prenantH=13.2 cal/g comme valeur de référence pour la transition II I, on trouveH=6.8± 0.2 cal/g pour III I. La transformation III II suit un processus en deux étapes, fortement influencé par le traitement thermique antérieur de la phase I.

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The changes in the structure of potassium nitrate have been studied by differential thermal analysis. The samples were heated and cooled in a stream of dry nitrogen, at atmospheric pressure. On cooling, the following transformations have been observed: I III II. The exothermic peak corresponding to the I III transformation appeared at 118–120° with good reproducibility. Surface area measurements show the complete reversibility already observed by Mazières for the I III transformation. The III I and the II I processes take place at the same temperature (127–130°), but the peak corresponding to the III I change is of lower intensity, representing only 51.5% of that of the peak belonging to the II I transition. If the enthalpy change belonging to process II I,H=13.2 cal/g, that belonging to transition III I,H=6.8±0.2 cal/g. Transformation III II proceeds in two steps and is greatly influenced by the preceding heat treatment of phase I.

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Zusammenfassung Quantitative Differentialthermoanalyse wurde zur Untersuchung der strukturellen Umwandlungen von Kaliumnitrat herangezogen. Die Proben (1–8 mg) wurden in trockenem Stickstoff bei atmosphärischem Druck erhitzt und abgekühlt. Beim Abkühlen lassen sich immer die sukzessiven Umwandlungen I III II beobachten. Die dem Übergang I III entsprechende exothermische Spitze erscheint sehr reproduzierbar bei 118–120°. Die Oberflächenmessungen bezeugen die vollständige Reversibilität von I III, schon früher angegeben von Mazières. Die Übergänge III I und II I erfolgen praktisch bei gleicher Temperatur (127–130°), doch die endothermische Spitze von III I ist schwächer und entspricht nur 51.5% des für II I beobachteten Wertes.H=13.2 cal/g als Referenzwert für Übergang II I genommen, ergibt sichH=6.8±0.2 cal/g für III I. III II Übergang verläuft in zwei Schritten, die durch das thermische Vorleben der Phase I stark beeinflußt sind.

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. . I III II. , I III, 118–120°. , I III. III I II I (127–130°), , III I 51,5% III. II I H=13,2 /. III I 6,8 ± 0,2 /. III II I.

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Mémoire présenté en l'honneur du 70^e anniversaire du Professeur Clément Duval.     

Zur gruppentheoretischen Bestimmung der Atomzustände in Ligandenfeldern

Zusammenfassung Es wird vorgeschlagen, die Bezeichnungen weak-field-Methode bzw. strong-field-Methode durch (L)-Methode bzw. ()-Methode zu ersetzen.Nach einer kurzen Einführung in die ()-Methode wird mit den Mitteln der Gruppen-und Darstellungstheorie eine Formel abgeleitet, mit deren Hilfe man schnell Rasse und Multiplizität der Terme eines Komplexions in der ()-Methode angeben kann. Einige Spezialfälle dieser Formel und die systematische Bestimmung der ()-Funktionen werden erörtert.

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It is suggested that the misleading designations weak field method and strong field method be replaced by (L) method and () method, respectively.Following a brief introduction to the () method an equation is derived by group theoretical means which leads to rapid classification of the () terms. Several special cases and short cuts are discussed as well as the systematic determination of the () functions.

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Résumé Le remplacement des termes «méthode du champ faible» et «méthode du champ fort» par «méthode (L)» et «méthode ()» est proposé.Après une introduction dans la méthode () une formule est dérivée à l'aide de la théorie des groupes et des représentations, qui donne la représentation irréductible et la multiplicité des termes d'un ion complexe dans le cadre de la méthode (). Quelques cas spéciaux de cette formule et la détermination systématique des fonctions (/gG) sont discutés.

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Ich danke Herrn Professor Dr. H. Hartmann für den Hinweis auf das vorliegende Problem und der Deutsehen Forschungsgemeinschaft für ein Stipendium.     

Diffusion effects in reversible energy transfer

Back energy transfer reduces the apparent quenching constant, which is an important parameter in the interpretation of energy transfer data. This determination of kinetic results may be erroneous when possible diffusion effects and non-uniform configurational distributions are not taken into account.

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, . , .

     

Kinetics of perborate oxidation of quinol

The perborate oxidation of quinol in aqueous acetic acid is first order with respect to perborate, zero order with respect to quinol, and first order with respect to H⁺. The oxidation is faster than H₂O₂ oxidation. Breakdown of protonated perboric acid is suggested as the rate-limiting step.

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, H⁺. . , , , .

     

Thermal stability and phase transformations in a commercial vanadia-molybdena alkali-promoted catalyst

Temperature-programmed decomposition, thermal analysis, thermogravimetry and high-temperature X-ray analysis have been used to investigate a commercial catalyst for the selective oxidation of benzene into maleic anhydride. It was shown that phase transformations took place in the vanadia-molybdena alkali-promoted catalyst. The transformations were caused either by high-temperature treatment or by catalytic work in an industrial plant. As a result, the-bronze phase was formed. In the high-temperature region a reversible transformation of the bronze phase was observed. This was interpreted as the phase transformation.

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Zusammenfassung Temperaturprogrammierte Zersetzung, Thermoanalyse, Thermogravimetrie und Hochtemperatur-Röntgenanalyse wurden zur Untersuchung eines kommerziellen Katalysators für die selektive Oxydation von Benzol zu Maleinsäure herangezogen. Es wird gezeigt, daß in dem einen Alkalipromotor enthaltenden Vanadinoxid-Molybdänoxid-Katalysator Phasenübergänge vor sich gehen. Die Phasenübergänge, als deren Ergebnis eine-Bronzephase gebildet wird, wurden entweder durch Hochtemperaturbehandlung oder durch sich in einer industriellen Anlage während des Betriebes abspielenden Vorgänge verursacht. Im Bereich hoher Temperaturen wurde eine reversible Umwandlung der Bronzephase beobachtet, die als Phasenübergang interpretiert wurde.

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- , , . , - , , . , , -. .

     

Theory of differential thermal analysis taking into account heat exchange between the specimen and reference cells

A basic formula of differential thermal analysis is evolved for the case when the heat transfer coefficient between the specimen cell and the reference cell is not zero. The more general formula obtained differs from the classical formula by including the parameters of the reference cell and the heat transfer coefficient between the cells. It indicates that utilization of the classical formula is not correct if heat exchange occurs between the cells. To utilize the generalized formula, additional measurements of the temperature changes of the reference material are required. However, if the time constants of the two cells are identical, the formula can be changed to assume the form of the classical formula for DTA if a correction factor is introduced which takes into account the effect of heat exchange between the cells.

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Zusammenfassung Für den Fall, dass der Übertragungskoeffizient zwischen der Proben- und der Referenzzelle nicht Zero ist, wurde eine Grundformel der Differentialthermoanalyse entwickelt. Die entstandene Formel, die vielmehr allgemein ist, weicht von der klassischen dadurch ab, dass sie auch die Parameter der Referenzzelle, und den Wärmeübertragungskoeffizient zwischen den Zellen enthält. Sie deutet darauf hin, dass die Anwendung der klassischen Formel in dem Fall nicht einwandfrei ist, wenn ein Wärmeaustausch zwischen den Zellen zustande kommt. Zur Anwendung der verallgemeinerten Formel sind weitere Messungen des Temperaturaustausches vom Referenzmaterial erforderlich. Sind aber die Zeitkonstanten der zwei Zellen identisch, kann die Formel so geändert werden, dass sie die Gestalt der klassischen DTA-Formel annimt, wenn ein, mit der Wirkung des Wärmeaustausches zwischen den Zellen rechnender Korrektionsfaktor eingeführt wird.

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, . , , . . , , , , .

     

Thermochemistry of hydrated rare earth orthophosphates

The hydrated rare earth orthophosphates LnPO₄ ·xH₂O (Ln=La-Dy) contain zeolitic water in the structural channels, which is released reversibly up to 300°. The thermal stabilities of the hydrates depend upon the nature of the Ln atom. The dehydration temperature decreases with decreasing ionic radiusr of Ln³⁺, according to the general equation=(r–a)/b (where is the DSC and/or DTG dehydration peak temperature, anda andb are empirical constants depending on the experimental conditions).The contracting-area rate equation was valid for linearization of the isothermal vs. time plots in the range 0; 0.65. Kinetic values ofE, A, H ⁺ and S⁺ were calculated and the kinetic stabilities of the hydrates are discussed.

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Zusammenfassung Die hydratisierten Seltenerdiphosphate LnPO₄·xH₂O (Ln=La bis Dy) enthalten in Kanälen ihrer Struktur zeolithisches Wasser, das reversibel bis 300 °C abgegeben wird. Die thermische Stabilität der Hydrate hängt von der Natur des Ln ab. Die Entwässerungstemperatur sinkt mit abnehmendem Ionenradiusr der Ln3+-Ionen gemäss:=(r–a)/b (a undb sind empirische Konstanten, die von den experimentellen Bedingungen abhängen). Die isotherme Entwässerung lässt sich im Umsatzbereich 0 0,65 mit der Gleichung für kontrahierende Fläche (zweidimensionale Phasengrenzreaktion) beschreiben. Die kinetischen Grössen AktivierungsenergieE, -enthalpieH ^*, und -entropieS ^* wurden berechnet und die kinetische Stabilität der Hydrate wird diskutiert.

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LnPO4·xH2O (Ln=La-Dy) , 300°. . r =(r-)/b, 9 — , a b — , . — <0; 0,65>. , , ^* S ^* .

     

Mechanism of o-xylene conversion on magnesium modifications of Y zeolite

o-Xylene conversions has been investigated in the presence of MgNaY zeolites with different Si/Al ratios and degrees of exchange. Disproportionation proceeds to a higher degree than does isomerization. The distribution of reaction products is attributed to geometric factors. The results are in agreement with a monomolecular mechanism of isomerization.

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- MgNaY Si/Al . , , . . .

     

Polyhydroxysteroids from the Far-Eastern starfishCtenodiscus crispatus

Four new polyhydroxysteroids, 5-cholesta-3,5,6,15,16,25,26-heptaol, 24-ethyl-5-cholesta-3,5,6,15,28,29-heptaol-29-sulfate, (22E)-24-methyl-5-cholest-22-ene-3,5,6,15,25,26-hexaol-26-sulfate, 24-propyl-5-cholesta-3,5,6,8,15,28,29-heptaol, and the known 5-cholesta-3,5,6,15,16,26-hexaol, have been isolated from the starfishCtenodiscus crispatus.Translated fromIzvestiya Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, No. 10, pp. 1821–1825, October, 1994.     

The application of thermoanalytical methods in the investigation of biological substances

The equilibria and thermodynamics of a number of naturally occuring isolated compounds (e.g. proteins, amino acids, carbohydrates) have recently been studied in several laboraties in different temperature ranges, and thermoanalytical methods have been used to study structural changes of biological materials, among them human tissues.In our investigations we succeeded in appling the derivatograph for the assay of glycosaminoglycans and for the characterization of the stability of crosslinked proteins in intact human and animal tissues. By means of this method age-related and pathological changes and repair reactions were studied in various connective and vascular tissues.Other temperature-dependent techniques (DSC, polarizing microscopy) were used successfully in another series of experiments. Alterations in the characteristic order-disorder transition temperatures of human serum lipoproteins could be demonstrated in pathological conditions; the altered physical structure of lipoproteins might give an additional explanation to the assumed mechanism of different metabolic disorders.

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Zusammenfassung Die Gleichgewichte und die Thermodynamik einer Reihe von natürlich vorkommenden isolierten Verbindungen (z. B. Proteine, Aminosäuren, Kohlenhydrate) wurden in verschiedenen Laboratorien in verschiedenen Temperaturbereichen untersucht. Hierbei wurden thermoanalytische Methoden zum Studium der Strukturänderungen von biologischem Material, u. a. von menschlichem Gewebe, eingesetzt.In unseren Untersuchungen gelang es den Derivatographen zur Prüfung von Glycosaminoglycanen und zur Charakterisierung der Stabilität quervernetzter Proteine in intakten menschlichen und tierischen Geweben einzusetzen. Durch diese Methode wurden altersbedingte und pathologische Änderungen sowie Reaktionen zur Wiederherstellung in verschiedenen Binde und Vasculärgeweben studiert.Andere temperaturabhängige Techniken (DSC, Polarisationsmikroskopie) wurden in anderen Versuchsserien mit Erfolg eingesetzt.

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, . , , , , . . , . .

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Plenary lecture     

Comparative thermal analysis of commercial and low-grade bauxites

This paper presents qualitative and quantitative comparative results on the simultaneous TG-DTG DTA of five commercial and low-grade bauxites. The methodology of qualitative determination of the basic mineral forms contained in bauxites is currently being established. The weight losses relating to the steps in the TG curve allow determination of the contents of the basic minerals in bauxite. These are recalculated as percentages of Al₂O₃, SiO₂, CaO moisture and total volatiles. The final results are in accordance with the results of classical chemical analyses, and this jusitifies the use of this technique as a quick method for qualitative and quantitative determinations of both commercial and low-grade bauxites.

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Zusammenfassung Qualitative und quantitative Ergebnisse vergleichender simultaner TG-DTG-DTA-Untersuchungen an 5 kommerziellen und geringwertigen Bauxiten werden vorgestellt. Die Methodologie der qualitativen Bestimmung der wichtigsten im Bauxit enthaltenen Minerale wird ausgearbeitet. Die Gewichtsverluste bei den entsprechenden TG-Stufen erlauben die Berechnung der Gehalte an den wichtigsten Mineralen. Diese werden umgerechnet in die Anteile an Al₂O₃, SiO⁰², CaO, Feuchtigkeit und Glühverlust. Letztere Resultate stimmen mit denen klassisch-chemischer Analyse überein. Das erlaubt die Anwendung thermoanalytischer Methoden als Schnellverfahren für qualitative und quantitative Bestimmungen in kommerziellen und geringwertigen Bauxiten.

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, . , . , , , . , , .

     

Oxidation of propene over various doped tungsten oxides

The oxidation of propene was studied on several tungsten oxides which contained small amounts of Ti, Ta, Nb and Sn. Only the Sn-containing specimen was found to be selective in the conversion of propene to acrolein. The catalytic results are correlated with crystal structures determined by electron microscopy.

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, Ti, Ta, Nb Sn. , , Sn, . , .

     

Thermogravimetric characterization of Quayarah heavy crude oils

Five heavy crude oil samples from the Quayarah field were thermally evaluated using two modes of thermogravimetry (TG): dynamic and programmed TG with heating and hold-up periods at 350 and 550°. The light and medium volatility fraction (L+M) appeared directly proportional to the metal content. In contrast, the heavy fraction (H) (350–550°) was inversely proportional to the metal content. This contradiction was attributed to the autocatalytic degradation of some of the heavy fraction into lighter species, which upgrades the crude with respect to the (L+M) fraction at the expense of the heavy fraction. The crudes were identical with regard to the ratio (L+M) to (H+R), whereR=residue, as a consequence of their identical API gravity and sulphur contents.The rate of degradative volatilization of the heavy fraction was measured by DTG, which indicated a direct correlation with the vanadium content as regards the onset temperatures and the DTG peak maximum.

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Zusammenfassung Fünf vom Quayarah-Feld stammende schwere Rohöle wurden mittels dynamischer und programmierter TG mit konstanten Perioden bei 350 und 550 °C charakterisiert. Der Anteil der leicht- und mittelflüchtigen Fraktion (L+M) schien proportional, der der schwerflüchtigen Fraktion (H) (350 550°) dagegen umgekehrt proportional dem Metallgehalt zu sein. Dieser Widerspruch wurde dem autokatalytischen Abbau einiger der schwerflüchtigen Komponenten zu leichteren Spezies zugeschrieben, der zu einer Erhöhung des Anteils der (L+M)-Fraktion auf Kosten der schwerflüchtigen Fraktion führt. Die Rohöle waren wegen der gleichen API-Schwere und gleicher Schwcfclgehalle hinsichtlich des Verhältnisses von (L+M) zu (H+R) identisch (R=Rückstand). Die Geschwindigkeit der degradaliven Verflüchtigung der schweren Fraktion wurde mittels DTG gemessen, wobei sich eine direkte Korrelation zwischen dem Vanadingehalt einerseits und der Einsatztemperatur bzw. dem DTG-Peakmaximum andererseits ergab.

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350 550°. (+ ) , () (350–550°) — . , . + +, — , . . , , .

     

Determination of the surface hydroxy groups on alumina and silica-alumina catalysts by dimethylzinc

The earlier proposed pulse flow method for the determination of surface OH groups based on the reaction of gaseous dimethylzinc tetrahydrofuranate with active hydrogen was applied to alumina and silica-alumina catalysts. The concentrations of OH groups found by this method are in a good agreement with the published data, obtained by deuterium exchange and gravimetry.

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, , OH, , - . OH, , , .

     

Estimation of nonlinear relaxation of catalytic reactions

Nonlinear relaxation time has been considered as a differential characteristic determined by the reciprocal value of the relative decrease in the deviation rate of the current concentration vector of intermediates from that of their steady-state concentrations. This characteristic is used for the analysis of some model reactions.

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, , .

     

X-ray study of palladium catalysts. Influence of thermal treatment in hydrogen on the phase composition

The thermal treatment of Pd catalysts in a reducing atmosphere of hydrogen leads to interaction of supported metal and support to form solid solutions.

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