Kinetic analysis of thermogravimetric data XIX. Study of the thermal decomposition of some hexathiocyanatochromates

Ammonium and metal salts of the acid H₃[Cr(NCS)₆] have been obtained and characterized. Their thermal decomposition has been studied with a derivatograph. The thermal decomposition of the ammonium salts begins with an endothermic stage, leading to the formation of the intermediate Cr(NCS)₃, which in exothermic processes finally yields Cr₂O₃. The decomposition of the metal salts is exothermal and the polarizing effect of the cation plays an important part in this. Kinetic parameters have been derived by means of the nomogram method.

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Zusammenfassung Ammonium- und Metallsalze der Säure H₃[Cr(NCS)₆] wurden hergestellt und charakterisiert. Ihre thermische Zersetzung wurde mit einem Derivatographen verfolgt. Sie beginnt beiden Ammoniumsalzen mit einer endothermen Phase, welche zur Bildung des Zwischenprodukts Cr(NCS)₃ führt, das in exothermen Vorgängen als Endprodukt Cr₂O₃ ergibt. Die Zersetzung der Metallsalze ist exotherm und der Polarisationseffekt des Kations spielt hierbei eine wichtige Rolle. Kinetische Parameter wurden nach der Nomogramm-Methode abgeleitet.

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H₃[Cr(NCS)₆]. . , Cr(NCS)₆, ₂₃. .

     

Kinetic analysis of thermogravimetric data. XX. Study of the thermal decomposition of some tetrathiocyanato-diamino-chromate complexes with derivatograph

The thermal decompositions of 8 complexes of the type A · H[Cr(NCS)₄(am)₂] (A=NH₃, pyridine,-picoline or aniline, andam=NH₃ or aniline) and of 14 complexes of the type M[Cr(NCS)₄(am)₂] (M=K, Ag, Tl, 1/2 Cd, 1/2 Pb or 1/3 Bi, andam=NH₃, benzylamine or aniline derivatives) were studied by means of a derivatograph. In the case of the A · H salts the formation of Cr(NCS)₃ was observed as a labile intermediate. Characteristic temperatures are discussed in terms of the polarizing effect of the outer sphere cations and of the nucleophilic character of the ligands. The results are compared with those obtained in the thermal decompositions of the analogous salts of the complex acid H₃[Cr(NCS)₆].

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Zusammenfassung Die thermische Zersetzung von 8 Komplexverbindungen des Typs A ·H[Cr(NCS)₄(am)₂] (A=NH₃, Pyridin, -Picolin, Anilin und am=NH₃ und Anilin) und von 14 Komplexen des Typs M[Cr(NCS)₄(am)₂] (M=K, Ag, Tl, 1/2 Cd, 1/2 Pb, 1/3 Bi und am=NH₃, Anilin und Anilinderivate) wurde mit dem Derivatographen untersucht. Im Falle der A. H Salze wird die Bildung von Cr(NCS)₃ als labiles Zwischenprodukt beobachtet. Die charakteristischen Temperaturen und kinetischen Parameter werden abgeleitet und auf der Basis der molekularen Struktur erörtert. Im Falle der M Salze werden die DTAPeaks aufgrund des Polarisationseffektes der Kationen der äußeren Sphäre und des nukleophilen Charakters der Liganden diskutiert. Die Ergebnisse werden mit jenen der thermischen Zersetzung der analogen Salze des H₃[Cr(NCS)₆] Komplexes verglichen.

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A. H[Cr(NCS)₄ ()₂], — , , - , «» . M[Cr(NCS)₄ ()₂], -, Ag, Tl, 1/2 Cd, 1/2Pb 1/3 Bi, « » — , . . Cr(NCS)₃, . , . , - . H₃[Cr(NCS)₆].

     

Kinetic analysis of thermogravimetric data. XII

Shape and position parameters and are proposed for the characterization of TG curves and are defined by Eqs (6), (7) and (8), respectively. These parameters being reduced to the standard conditionsn=0 andq=1/6 K sec^–1, the nomogram given in Fig. 1 can be constructed by means fo Eqs (9), (11) and (12). An iteration method is proposed, allowing derivation of the kinetic parametersn, E andZ of simple thermal decomposition reactions, from the parameters n,E andZ, by using the empirica formulae (9), (10), (11) and (12) and the nomogram. Table 3 contains data necessary to construct this nomogram.

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Zusammenfassung Die Gestalts- und Positionsparameter , und werden zur Charakterisierung von TG-Kurven vorgeschlagen, bzw. durch die Gleichungen (6), (7) und (8) definiert. Durch Reduktion dieser Parameter auf die Standardbedingungenn=0 undq=1/6 K sec^–1 mit Hilfe der Gleichungen (9), (11) und (12) kann das Nomogramm in Abb. 1 konstruiert werden. Eine Iterationsmethode wird vorgeschlagen, welche die Ableitung der kinetischen Parameter,n, E undZ einfacher thermischer Zersetzungsreaktionen aus den Parametern and unter Anwendung der empirischen Formeln (9), (10), (11) und (12) sowie des Nomogramms ermöglicht. Tabelle 3 enthält die zur Konstruktion des Nomogramms nötigen Angaben.

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Résumé Pour caractériser les courbes TG, on propose les paramètres de forme et de position , et définis par les équations (6), (7) et (8). En réduisant ces paramètres aux conditions standardsn=0 etq=1/6 K sec^–1, à l'aide des équations (9), (11) et (12), le nomogramme donné dans la figure 1 peut être construit. On propose une méthode d'itération pour déduire les paramètres cinétiquesn, E etZ à partir des paramètres , et dans le cas des réactions simples de décomposition thermique, en utilisant les formules empiriques (9), (10), (11) et (12) ainsi que le nomogramme. Le tableau 3 contient les données nécessaires pour construire ce nomogramme.

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G , , (6), (7) (8). « » =0 q=1/6 ^–1 , . 1, (9), (11) (12). , , E Z , (9), (10), (11) (12) . 3 , .

     

Kinetic analysis of thermogravimetric data. X

A study was made of the thermal decompositions of 22 derivatives of[M(en) ₃]X ₃ type complexes. Partial de-amination leading to the formation of[M(en) ₂ X ₂]X type complexes occurs in the case ofM=Cr(III) ifX=Cl, Br, I orNCS, but in the case ofM=Co(III) it is possible only ifX=Cl. In other cases redox reactions hinder the formation of stable intermediates. Kinetic parameters were derived for the dehydration of 19 compounds.

The validity of a linear kinetic compensation law was observed. The dependence of the kinetic compensation parameters on the nature of the thermal process is discussed.

     

Kinetic analysis of thermogravimetric data. XXVI

Ten metal and ammonium salts of the acid H₂[ReCl₆] were obtained by double decomposition reactions, and their pyrolyses in air atmosphere were studied by means of DSC measurements. The kinetic parameters of these reactions were derived and are discussed.

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Zusammenfassung 10 Metall- und Ammoniumsalze der Säure H₂[ReCl₆] wurden durch Doppelzersetzungsreaktionen erhalten. Die Pyrolyse dieser Salze in Luft wurde mittels DSC untersucht. Die kinetischen Parameter dieser Reaktionen wurden ermittelt und diskutiert.

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H₂[ReCl₆]. . .

     

Kinetic analysis of thermogravimetric data

Four many curves methods, viz. calculation techniques based on Eqs (30), (31), (34) and (36), respectively, for deriving kinetic parameters from several TG curves recorded with different heating rates are tested on two sets of theoretical TG curves. The maximum reaction rate temperature and conversion, as well as the approximate formulae used for their calculation are discussed. Some aspects of the kinetic compensation effect are analysed. The final conclusion is that the use of the many curves methods is not reasonable.     

Kinetic analysis of thermogravimetric data

Fifteen thermogravimetric curves of the thermal decomposition of CaCO₃ reported in the literature have been analysed and kinetic parameters have been derived by means of Coats and Redfern's method. The activation energy varies between 26 and 377 kcal/mole, and the pre-exponential factors between 10² and 10⁶⁹, as functions of the working conditions. The kinetic compensation effect has been observed, and the results are well described by the following empirical compensation law: logZ=0.195E? 1.86.     

Kinetic analysis of thermogravimetric data

Thermal decomposition of 6 complexes of the type AH[Cr(NCS)₄ (am)₂]· nH₂O is studied with derivatograph. The formation of Cr(NCS)₃ as a labile intermediate is presumed. For some decomposition stages kinetic parameters are derived. The kinetic compensation effect is discussed.     

Kinetic analysis of thermogravimetric data

Computer programs are given in Fortran language for three integral methods of deriving kinetic parameters from TG curves. Method 1 is a computerized variant of Doyle's curve-fitting method and performs the calculation of the exponential integralp(x) by means of author's empirical formula. Methods 2 and 3 are variants of the Coats-Redfern linearization method. Testing of the methods on both theoretical and experimental TG curves shows them to be almost equivalent as far as the results obtained are concerned, but Method 1 needs a ten-fold higher computer time.     

Kinetic analysis of thermogravimetric data

Journal of Thermal Analysis and Calorimetry - The thermal decomposition rates of seven [CoX 2(amine)2] type complexes (amine=aromatic amines) have been studied by thermogravimetry at 3 different...     

Kinetic analysis of thermogravimetric data

The potassium, ammonium and thirteen amine salts of hexabromoplatinic acid were obtained and characterized by chemical analysis. The thermal decompositions of these complex salts were studied by derivatograph and differential scanning calorimetry. The natures of the pyrolysis processes are discussed and compared with those obtained for the analogous chlorocomplexes. From the TG curves, kinetic parameters were derived for different stages of the thermal decomposition.

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Zusammenfassung Es wurden die Kalium-, Ammonium- und dreizehn verschiedene Aminsalze von Hexabromoplatinsäure hergestellt und mittels Elementaranalyse charakterisiert. Mittels Derivatographie und DSC wurde die thermische Zersetzung dieser Komplexsalze untersucht. Das Wesen der Pyrolysevorgänge wird besprochen und mit dem der analogen Chlorokomplexe verglichen. Anhand der TG-Kurven wurden für verschiedene Schritte der thermischen Zersetzung kinetische Parameter ermittelt.

     

Kinetic analysis of thermogravimetric data

Nineteen salts of hexachloroplatinic acid with monovalent metals, aromatic and heterocyclic amines and phosphine were obtained and characterized by chemical analysis. The thermal decomposition of these complexes was studied by means of derivatograph and differential scanning calorimetry. The nature of the pyrolysis processes is discussed. From the TG curves, kinetic parameters were derived for different stages of the thermal decompositions.     

Kinetic analysis of thermogravimetric data XVI

The influence of the sample weight and the heating rate upon the thermal deamination of [Co(niox · H)₂(pyridine)₂]I(I), [Co(niox · H)₂(aniline)₂]I (II) and [Co(niox · H)₂ (pyridine)₂] NCS · 1.5 H₂O (III) and upon the dehydration of (III) has been studied (niox · H₂ stands for nioxime: 1,2-cyclohexanedione dioxime). Kinetic parametersn, E andZ have been derived by means of the authors' three computerized integral methods. Analysis of the results shows method 1 to be equivalent to method 2 with respect to the numerical values obtained, but it needs a tenfold computer time. Method 3 gives better results due to the better choice of input data. The influence of the working conditions and of the chemical constitution upon the kinetic parameters, as well as the kinetic compensation effect, are discussed.

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Zusammenfassung Der Einfluss des Probengewichts und der Aufheizgeschwindigkeit auf die thermische Desaminierung von [Co(niox · H)₂(pyridin)₂]I (I), [Co(niox · H)₂(anilin)₂]I (II) und [Co(niox · H)₂(pyridin)₂]NCS · 1.5 H₂O (III) sowie auf die Dehydratisierung von (III) wurde untersucht (niox · H₂ bedeutet Nioxim: 1,2-cyclohexandion-dioxim). Die kinetischen Parametern, E undZ wurden mit Hilfe der drei komputerisierten Integralmethoden der Autoren abgeleitet. Die Analyse der Ergebnisse zeigt, da\ Methode 1 der Methode 2 hinsichtlich der erhaltenen numerischen Werte ebenbürtig ist, doch eine zehnfache Rechenzeit beansprucht. Methode 3 ergibt bessere Resultate dank der besseren Wahl der eingegebenen Daten. Der Einfluss der Arbeutsbedingungen und der chemischen Struktur auf die kinetischen Parameter, sowie der kinetische Kompensationseffekt werden diskutiert.

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Résumé On a étudié l'influence du poids de l'échantillon et de la vitesse de chauffage sur la désamination thermique de [Co(niox · H)₂(pyridine)₂]I (I), [Co(niox · H)₂(aniline)₂]I (II) et [Co(niox · H)₂(pyridine)₂]NCS · 1.5 H₂O (III) ainsi que sur la déshydratation de (III) (niox · · H₂ représente la nioxime: 1,2-cyclohexanedione dioxime). A l'aide des trois méthodes d'intégration sur ordinateur des auteurs, les paramètres cinétiquesn, E et Z ont pu Être déduits. L'analyse des résultats montre que la méthode est équivalente à la méthode 2 quant aux valeurs numériques obtenues; elle exige cependant dix fois plus de temps d'ordinateur. La méthode 3 donne de meilleurs résultats en raison de la meilleure sélection des données d'entrée. On discute l'influence des conditions de travail et de la structure chimique sur les paramètres cinétiques ainsi que l'effet de compensation cinétique.

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[(. )₂ ( I (I), [(. )₂ ()₂] I (II) [Co(.)₂ ( NCS. 1.5 H₂O (III), ( .)₂ — : 1.2-. . , , , , E.Z. , 1 2 , . 3 , . , .

     

Kinetic analysis of thermogravimetric data on some nickel(II) N-alkyldithiocarbamates

Thermogravimetric and derivative thermogravimetric curves of some complexes [Ni(S₂CNHR)₂] (R=Me, Et, Prⁱ, Buⁱ, Bu^t, Bz,p-MePh,p-MeOPh,p-ClPh,p-NO₂Ph) in a dynamic nitrogen atmosphere were studied to determine their modes of decomposition. All these complexes show similar TG profiles. The weight losses in the main decomposition stages indicate conversion of the nickel(II) dithiocarbamates to sulphide. Reaction orders were estimated via the shape characteristics of the corresponding derivative thermogravimetric curves and kinetic analysis of the thermogravimetric data was performed by using the Coats-Redfern and Horowitz-Metzger methods.

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Zusammenfassung Im Stickstoffstrom wurden TG- und DTG-Kurven einiger Komplexe [Ni(S₂CNHR)₂] mit R=Me, Et, Prⁱ, Buⁱ, Bu^t, Bz,p-MePh,p-MeOPh,p-ClPh undp-NO₂Ph ermittelt, um Art und Weise ihrer Zersetzung zu bestimmen. Alle diese Komplexe zeigen ähnliche TG-Proflle. Die Gewichtsverluste der Hauptzersetzungsschritte weisen auf eine Umwandlung der Nickel(II)dithiokarbamate in Sulfide hin. Aus dem Verlauf der korrespondierenden DTG-Kurven wurde auf die Reaktionsordnung geschlossen und unter Anwendung der Coats-Redfern und Horowitz-Metzger Methoden wurde eine kinetische Analyse der TG-Daten durchgeführt.

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[Ni(S₂CNHR)₂], R=Me, Et, i-Pr, i-, t-Bu, Bz, p-MePh, p-MeOPh, p-ClPh p-NO₂Ph, . . . , - -.

     

Kinetic analysis of thermogravimetric data,V

The statistical analysis of activation energy and of logZ values derived from thermogravimetric data for 134 decomposition reactions of bisdioximatocobalt(III) complexes shows the validity of a linear compensation law, i.e. both the effects of heating rate and of the nature of the ligand manifest themselves in the kinetic compensation effect. The parametera of the compensation law is sensitive to ligand effects and its value is influenced both by the nature of the coordinated dione-dioxime and by the nature of the outer sphere anion X, which replaces an ammonia molecule in the thermal decomposition reaction.

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Zusammenfassung Die statistische Analyse der aus den thermogravimetrischen Resultaten erhaltenen Aktivierungsenergiewerte und log Z-Werte von 134 Zersetzungsreaktionen der verschiedenen bisdioxamato Kobalt(III) Komplexen zeigte die Gültigkeit eines Gesetzes der linearen Kompensation, d.h. der Effekt der Heizungsgeschwindigkeit und der Natur des Liganden verursachten in erster Näherung den kinetischen Kompensationseffekt. Parametera des Kompensationsgesetzes (1) repräsentiert den Ligandeffekt. Sein Wert wird durch die Natur des koordinierten Dion-dioxims und des Anions X in der äußeren Sphäre beeinflußt, das ein Aminmolekül während der thermischen Zersetzungsreaktion ersetzt.

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Résumé L'analyse statistique des valeurs des énergies d'activation et de celles de logZ obtenues à partir des résultats thermogravimétriques de 134 réactions de décomposition des complexes différent de bisdioximato-cobalt(III) montre la validité d'une loi de compensation linéaire du type (1); ceci signifie que l'effet de la vitesse de chauffage et celui de la nature du ligand sont responsables en première approximation de l'effet de compensation cinétique. Le paramètrea de la loi de compensation est sensible aux effets du ligand et la nature de la bis-dioxime coordonnée ainsi que la nature de l'anion X dans la sphère externe remplaÇant une molécule d'aminé durant la réaction de décomposition thermique influencent sa valeur.

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logZ, 134 - (III), . a - X, .

     

Kinetic analysis of thermogravimetric data,III

Doyle's isothermal method is analysed by using it for deriving activation energies from theoretical curves. Empirical formulae are given for the time correctiont _c, as well as for the factorr in the following equation:E _a=?rm cal/mole. An iterative procedure is suggested, which eliminates the inaccuracy of Doyle's method and permits the derivation of activation energies with an accuracy of ±0.1 kcal/mole in ideal cases.     

Kinetic analysis of thermogravimetric data,VI

The basic hypotheses of methods used for deriving kinetic parameters from TG data are discussed. The erroneous character of the methods which use more than a single TG curve is shown by comparing the shapes of ideal and real TG curves. The correctness of three integral methods is tested on ideal TG curves. The physical significance of the kinetic parameters and their correlation are discussed.

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Zusammenfassung Die Grundhypothesen der zur Ableitung kinetischer Parameter aus TG-Daten verwendeten Methoden werden erörtert. Der fehlerhafte Charakter der Methoden, welche mehr als eine einzige TG-Kurve verwenden, wird durch den Vergleich der Formen idealer und realer TG-Kurven veranschaulicht. Die Richtigkeit dreier Integralmethoden wird an idealen TG-Kurven geprüft. Die physikalische Bedeutung kinetischer Parameter und ihre Korrelation werden erläutert.

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Résumé On discute les hypothèses de base des méthodes utilisées pour déduire les paramètres cinétiques des données TG. Le caractère erroné des méthodes utilisant plus d'une courbe TG est mis en évidence en comparant les formes idéales et réelles des courbes TG. Le degré d'exactitude de 3 méthodes intégrales est examiné sur des courbes TG idéales. On discute la signification physique des paramètres cinétiques et leur corrélation.

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, . , , . 3- . .

     

Isothermal kinetic analysis of the thermal decomposition of magnesium hydroxide using thermogravimetric data

In the present study, the kinetics of the thermal decomposition of magnesium hydroxide is investigated, using isothermal methods of kinetic analysis. For this purpose, experiments in thermogravimetric analyser were carried out in standard values of temperature (350°, 400°, 450° and 500°C) which resulted in weight loss percent as a function of time. The data were further modified to give fraction reacted ‘' versus time to be tested in various forms of ‘' functions. In order to determine the mechanism of the magnesium hydroxide decomposition and the form of the conversion function which governs the dehydroxylation of Mg(OH)₂, four different methods of isothermal kinetic analysis were used. Applying each of these methods to the data, it was concluded that the nucleation mechanism predominates the Mg(OH)₂, decomposition for all values of temperature tested; at 350°C the kinetic model which represents the experimental data is that of reaction at phase boundaries (random nucleation), F₁: ln(1−)=kt) while for the higher temperatures 400°, 450° and 500°C the kinetic equation of nucleation and development in two dimensions, A₂: [−ln (1−)]^1/2=kt was found to fit better the experimental results. The activation energy was evaluated applying two alternative methods; the Arrhenius plot, using maximum rates of reaction, from which the activation energy was evaluated to be 20.54 kcal/mol. An alternative method based on plots of ln t versus 1/T corresponding to the same value of ‘' gave values of 10.72, 13.82 and 16.31 kcal/mol for ‘' values of 0.25, 0.50 and 0.75, respectively.     

Kinetic analysis of thermal decomposition reactions

The effect of⁶⁰C0-gamma radiation on the kinetic parameters of the thermal decomposition of potassium bromate crystals has been investigated. Radiation did not modify the mechanism of thermal decomposition reaction, but resulted in a decrease in activation energy and frequency factor with a rate which is large at small doses and decreases at higher doses. The results showed that the increase in the concentration of decomposition nuclei tends to be more important than the increase in the porous character of the solid.