Kinetic analysis of consecutive reactions using TG and DSC techniques

A complex mechanism of thermal degradation processes was postulated for the reaction type , and a theoretical analysis of DTG and DSC curves was followed by corresponding mathematical simulation. In this scheme, compoundS represents a volatile product (e.g. gas and/or vapor), which is a necessary assumption in order to explain the differences in results which can arise after the kinetic analysis of DTG and DSC experimental data.Mathematical simulation was performed with different values of the Arrhenius parameter for both reaction rate constants (k ₁, andk ₂) in the range 83.1–291.0 kJ/mol for the activation energy and with corresponding values for the frequency factor (10⁵–10¹⁹ min^–1). The influence of endothermic heat effects (50–200 kJ/mol) in the reactionsAE andRS was also investigated. The calculated rates of mass and heat change (DTG and DSC), for different heating rates, showed that the maximum values of the two curves are reached at different temperatures. The non-uniformity of the DTG and DSC maxima depends on the difference between the values of the reaction rate constants and their temperature sensitivities (E ₁ andE ₂) and also on the heating rate.The theoretical analysis performed demonstrated the possibility of determining the reaction rate parameters (k ₁ andk ₂) in the case of consecutive first-order reactions, by using simultaneous TG and DSC analysis.The proposed theoretical analysis is supported by experimental DTG/DSC data concerning the pyrolysis of oil shale, which were interpreted in terms of consecutive reactions.

---

Zusammenfassung Unter Annahme eines komplexen Mechanismus für thermische Abbauprozesse wurde für den Reaktionstyp eine theoretische analyse von DTG- und DSC-Kurven, gefolgt von einer entsprechenden mathematischen Simulation durchgeführt. Hier stellt die VerbindungS ein flüchtiges Produkt dar (lias oder Dampf), was eine notwendige Bedingung zur Erklärung von unterschiedlichen Ergebnissen nach der kinetischen Analyse der experimentellen DTG- und DSC-Daten ist. Bei der mathematischen Simulation wurden unterschiedliche Arrheniusparameterwerte benutzt, für beide Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten (k₁ und k₂) in einem Intervall von 83,1–291,0 kJ/mol für die Aktivierungsenergie sowie unter Anwendung entsprechender Frequenzfaktoren (10⁵–10¹⁹ min^–1). Für die ReaktionenA R undR S wurde auch der Einfluß von endothermen Wärmeeffekten (50–200 kJ/mol) untersucht. Die berechneten Geschwindigkeiten für die Veränderung von Masse und Wärme (DTG und DSC) bei verschiedenen Aufheizgeschwindigkeiten zeigen, daß beide Kurven ihr Maximum bei unterschiedlichen Temperaturen erreichen. Die Ungleichmäßigkeit der DTG- und DSC-Maxima basiert auf den unterschiedlichen Werten der Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten, deren Temperaturempfindlichkeit (E ₁ undE ₂ und hängt auch von der Aufheizgeschwindigkeit ab. Die durchgeführte theoretische Analyse zeigt, daß es mit Hilfe simultaner DTG- und DSC-Untersuchungen möglich ist, im Falle konsekutiver Reaktionen erster Ordnung die Reaktionsgeschwindigkeitsparameter (k ₁ undk ₂) zu bestimmen. Das vorgeschlagene theoretische Analysenverfahren wird am Beispiel der experimentellen DTG/DSC-Daten der Pyrolyse von Ölschiefer und Anwendung konsekutiver Reaktionen illustriert.

---

. S (. ), , . ( _{1 2}) 83,1–291,0 · ^–1 (10⁵–10^{19 –1}). (50–200 ·^–1) AR RS. ( ) , . (E ₁ E ₂), . , ₁, ₂ . / , .

---

The authors are greatful for financial support to the KFA International Bureau D-5170 Jülich on the German side, and to the Research Fund of the Belgrade Region Business Association for the Exploration, Production and Exploitation of Oil Shales, Belgrade, and SOUR Jugopetrol, Belgrade on the Yugoslavian side.     

Applications of thermoelectrometry to metal-ion modified polyimide films

As part of a research program to decrease the electrical resistivity of polyimide films with ionic additives a variable temperature three probe electrical resistivity measurement system has been designed and constructed. Sample temperature, electrification time, atmosphere, and measurement mode are computer controlled. As a data interpretation aid, temperature cycled analysis can be routinely performed. Surface resistivities in the range 10³–10¹⁵ ohm and volume resistivities in the range 10⁵–10¹⁸ ohm-cm are theoretically measurable under well controlled experimental conditions from room temperature to 250°. The electrical resistivity measurement system is useful for the evaluation of polymer films or films in general. Application of the system for analysis of cobalt, lithium and tin ion-modified polyimide films and some experimental considerations are presented. Correlation of the electrical measurements with differential scanning calorimetry, thermomechanical analysis, and thermogravimetric analysis is demonstrated.

---

Zusammenfassung Als Teil eines Forschungsprogramms zur Herabsetzung des elektrischen Widerstandes von Polyimidfilmen mit ionischen Additiven wurde ein 3-Proben-Meßsystem zur Ermittlung des elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur entworfen und konstruiert. Probentemperatur, Elektrisierungszeit, Atmosphäre und Meßmethoden waren computergesteuert. Als Dateninterpretationshilfe kann eine hinsichtlich der Temperatur zyklische Analyse routinemäßig ausgeführt werden. Die Oberflächenwiderstände sind im Bereich von 10³–10¹⁵ Ohm und die Volumenwiderstände im Bereich von 10⁵–10¹⁸ Ohm-cm unter gut kontrollierten experimentellen Bedingungen von Raumtemperatur bis 250° theoretisch meßbar. Das elektrische Widerstandmeßsystem ist nützlich für die Bewertung von Polymerfilmen oder Filmen im allgemeinen. Die Anwendung des Systems zur Analyse von mit Co-, Li- und Sn-Ionen modifizierten Polyimidfilmen und einige experimentelle Hinweise werden angegeben. Es wird gezeigt, daß die mit dem beschriebenen System erhaltenen Resultate mit durch DSC, thermomechanische Analyse und TG erhaltenen Werten korrelieren.

---

, , . , , . . 10³–10¹⁵ , 10⁵–10¹⁸ 250°. , . , , , . , .

---

---

The financial support of the National Aeronautics and Space Administration is gratefully appreciated. The assistance of John Swartzentruber in performing many of the measurements is recognized.     

Thermal investigation of inhibition of polybismaleimide polymerization

DTA and DSC data revealed that the use of heteropoly compound additives allows an increase in the temperature of polybismaleimide radical polymerization by 20–60 deg in comparison with the value for the initial olygomer. TG data showed that in the presence of certain amounts of the inhibitor the polymer thermoresistance does not decrease. The range of effective concentration of the inhibitor is 1–5 wt.%.

---

Zusammenfassung Nach DTA und DSC-Befunden kann die Anwendung von Zusätzen von Heteropolyverbindungen die Polymerisationstemperatur um 20–60° erhöhen. Nach TG-Ergebnissen nimmt die Wärmebeständigkeit des Polymers in Gegenwart kleiner Inhibitormengen nicht ab. Der Inhibitor wirkt in einer Konzentration von 1–5 Gew.%.

---

, 20–60° . , . 1–5 .

     

Tracer study of complete oxidation complexes in the oxidative dehydrogenation of butylene

A tracer technique using divinyl-¹⁴C was used to determine the butylene and divinyl contents in the surface complexes of complete oxidation during the oxidative dehydrogenation of butylenes over Bi–Mo, Fe–Sb and Fe₂O₃ catalysts. The rate of decomposition of the surface complexes was found to be independent of their relative butylene and divinyl content.

---

–C¹⁴ Bi–Mo, Fe–Sb Fe₂O₃ ., .

     

Der Einfluss der Temperaturführung auf die Kinetische Auswertung Nichtisothermer Reaktionen

Zusammenfassung Das Problem der rationellen Lösung des Zeitintegrals stand bei der kinetischen Auswertung nichtisothermer Prozesse häufig zur Diskussion. Nun werden für lineare und nichtlineare Aufheizung gemäß dT/dt=Q·T_b mitb von 4 bis –2 Auswerteverfahren vorgestellt, die in jedem Fall eine vollständige Korrektur derjenigen kinetischen Parameter gestatteten, die durch linearisierte Auswertung erhalten worden sind. Diese Methode der vollständigen Exponentialintegrale zeigt, daß eine klare Abstufung nach dem Typ der Aufheizung besteht. Die notwendigen Korrekturen fürb=1, 2 und 3 sind kleiner als fürb=0 d.h. für lineare Aufheizung. Die vier Korrekturtabellen sind für Verfahren der kinetischen Analyse anwendbar, denen ein Aktivierungsansatz nach Arrhenius bzw. Eyring zugrunde liegt. Die Realisierung nichtlinearer Aufheizprogramme wird empfohlen.

---

The problems of rational solution of the time integral in kinetical evaluation of nonisothermal processes have often been discussed. Evaluation procedures are now presented for linear and nonlinear heating according to dT/dt=Q·T^b, withb between 4, and –2. In every case a complete correction of the kinetical parameters is possible if they are obtained by linearized plotting. This method of complete exponential integrals shows a clear graduation with the type of heating function. The corrections necessary forb=1, 2 and 3 are less than those forb=0, i.e. linear heating. Four tables of correction values are applicable to all procedures of kinetical analysis which are based on activation parameters from the Arrhenius or Eyring equations. Nonlinear heating programmes are recommended.

---

Résumé On a souvent discuté les problèmes soulevés par la solution rationnelle de l'intégrale du temps dans l'évaluation cinétique des processus non-isothermes. On présente ici des méthodes d'évaluation dans le cas de chauffages linéaire et non-linéaire, selon dT/dt=Q·T^b avecb entre 4 et –2. Une correction complète des paramètres cinétiques est possible dans tous les cas, si ceux-ci ont été obtenus par des fonctions linéarisées. Cette méthode d'intégration complète des exponentielles montre une graduation nette selon le type de la fonction du chauffage. La correction nécessaire pourb=1, 2 et 3 est inférieure à celle pourb=0, c'est-à-dire pour le chauffage linéaire. Quatre tables de correction basées sur les paramètres d'activation des équations d'Arrhenius et respectivement d'Eyring peuvent être appliquées à tous les procédés de l'analyse cinétique. On recommande de réaliser des programmes de chauffage non-linéaires.

---

. , dT/t=Q. ^b 4 -2. , . . , b=1, 2 3, b= . . . , , , . .

     

Thermische Zersetzung von Blei(II)-Acetat

Zusammenfassung Die Zersetzung von Pb(CH₃COO)₃ · 3 H₃O wurde im Bereich von Raumtemperatur bis 450° unter N₃ mittels TG, DTA verfolgt und die Produkte wurden analytisch charakterisiert. PbO ist das hauptsächliche feste Endprodukt, neben dem im wesentlichen nur Pb entsteht. Als feste Zwischenprodukte wurden neben Pb(CH₃COO)₃ die basischen Acetate Pb(CH₃COO)₂ · PbO und Pb(CH₃COO)₂ · 2 PbO gefunden und durch Röntgenpulveraufnahmen identifiziert; diese basischen Acetate wurden durch isotherme Zersetzung bei 240 bzw. 305° dargestellt. Unter den durch GC und MS erfaßten und quantitativ bestimmten flüchtigen Zersetzungsprodukten sind CO₂ und Aceton Hauptbestandteile. Verschiedene Bildungsweisen der übrigen Produkte, CH₃COOH, (CH₃CO)₂O, Acetylaceton und des Zwischenproduktes Keten werden aufgezeigt.

---

The decomposition of Pb(CH₃COO)₃ · 3 H₂O under N₂ has been studied by TG and DTA between room temperature and 450° and the products have been characterized analytically. PbO is the main solid product, besides which essentially only Pb is produced. As solid intermediates, aside from Pb(CH₃COO)₃ the basic acetates Pb(CH₃COO)₂ · PbO and Pb(CH₃COO)₂ · 2 PbO have been found and identified via their X-ray powder diagrams; these basic acetates have been prepared by isothermal decomposition at 240 and 305°, respectively. Among the volatile decomposition products analyzed by GC and MS and determined quantitatively, CO₂ and acetone are the main products. Different routes for the formation of the other products, CH₃COOH, (CH₃CO)₂O, acetylacetone and the intermediate ketene are shown.

---

Résumé On a suivi, par TG et ATD sous N₂, dans l'intervalle de températures allant de l'ambiante jusqu'à 450°, la décomposition de Pb(CH₃COO)₂ · 3 H₂O dont on a caractérisé les produits par des méthodes analytiques. PbO est le principal produit final solide, en dehors duquel il ne se forme essentiellement que du Pb. Comme produits intermédiaires solides, on a trouvé, à part Pb(CH₃COO)₂, les acétates basiques Pb(CH₃COO)₃. PbO et Pb(CH₃COO)₂ · · 2 PbO qui ont été identifiés par analyse de poudres aux rayons X. Ces acétates basiques se sont formés, par décomposition isotherme, respectivement à 240 et à 305°. Parmi les produits de décomposition volatils décelés par GC et MS et dosés par des méthodes quantitatives, CO₃ et l'acétone sont les composants principaux. On montre les différents modes de formation des autres produits, comme CH₃COOH, (CH₃CO)₃O, l'acétylacétone et le cétène formé transitoirement.

---

Pb(CH₃COO)₂. 3₂O 450°. . PbO , , . , Pb(CH₃COO)₂, Pb(CH₃COO)₂. PbO Pb(CH₃COO)₂. 2PbO, . , , 240 305°. , -, CO₂ . , CH₃COOH, (CH₃CO)₂O, .

---

---

Dem Fonds der Chemischen Industrie danken wir für finanzielle Unterstützung.     

Thermal analysis of poly(methyl methacrylate)-copper composite

Thermal characteristics of the composites of poly(methyl methacrylate) and copper are reported, including the order of reaction and activation energy of the major second stage of pyrolysis. The randomly-distributed metal particles in the polymer matrix can form paths for heat transfer which determine the mechanism of thermal degradation.

---

Zusammenfassung Die thermischen Charakteristika der Verbindungen von Polymethylmethacrylat mit Kupfer werden zusammen mit der Reaktionsordnung und der Aktivierungsenergie der grösseren zweiten Stufe der Pyrolyse beschrieben. Die zufallsbestimmt verteilten Metallpartikel in der Polymermatrix können Wege des Wärmetransfers formen, welche den Mechanismus der thermischen Zersetzung bestimmen.

---

Résumé On décrit les caractéristiques thermiques de composites du polyméthylméthacrylate avec le cuivre, parmi lesquelles l'ordre de réaction et l'énergie d'activation de la seconde étape de la pyrolyse qui est la principale. Les particules du métal distribuées au hasard dans la matrice du polymère peuvent constituer des voies pour le transfert de chaleur qui déterminent le mécanisme de la dégradation thermique.

---

, . , .

     

Influence of the various forms of molybdena on the adsorptive and catalytic (dehydrogenation and hydrogenolysis) properties of molybdena-alumina catalysts

The contents of three forms of molybdenum oxide compounds in molybdena-alumina catalysts have been determined by their solubility in water and ammonia. The form which is readily soluble in water and reducible to Mo(IV) at 400°C and P_H2=10⁵ Pa is active in cyclohexane dehydration, and the forms soluble in water and ammonia are active in thiophene hydrogenolysis.

---

. , 400°C P_{H 2}=I Mo(IV); — .

     

Kinetic and mechanistic studies on the oxidation of sulfanilic acid by peroxomonophosphoric acid

Oxidation of sulfanilic acid to the corresponding azoxy derivative by peroxomonophosphoric acid (PMPA) has been studied in aqueous medium. The observed bell-shaped pH-rate profile has been rationalized on the basis of protonation of the amino group and ionization into different PMPA species and a suitable rate law has been proposed. The mechanism of oxidation involves the nucleophilic attack of nitrogen on the electrophilic peroxo oxygen.

---

- (PMPA) . pH— , PMPA . .

     

Hydrogen formation in silane oxidation

From mass-spectrometric data, it has been established that the main gaseous product of silane oxidation by oxygen at low pressures is molecular hydrogen. Isotopic analysis of the hydrogen formed in the oxidation of SiH₄+SiD₄ mixtures indicates that not less than 20% hydrogen is generated by a molecular mechanism.

---

- , . , SiH₄+SiD₄ , 20% .

     

Changes in iron oxidation state and surface composition of iron-chromium catalyst reduced by hydrogen

X-ray photoelectron spectroscopic studies of the reduction of iron-chromium catalysts have been carried out to determine changes in the relative surface concentrations of iron(II) and (III) oxides and metallic iron and in its surface composition at 100–500°C.

---

(II), (III) 100–500°C. .

     

On the possibility of formation of Ti?Mo heteropolyacids on Ti?Mo catalysts

According to IR spectroscopic studies, a Ti–Mo heteropolyacid is formed on the surface of Ti–Mo catalysts prepared from ammonium paramolybdate and TiO₂.

---

- , Ti–Mo TiO₂ Ti–Mo .

     

Chlorination of V2O5 by CCl4. The proposed reaction mechanism

Initial stage of the reaction of CCl₄ with V₂O₅ has been studied by MS and XPS techniques. According to the proposed mechanism dissociatively chemisorbed CCl₄ transforms to CO₂ via adsorbed COCl₂, while surface vanadium atoms involved are gaining step by step two chlorine atoms before the formation of the volatile end-product VOCl₃.

---

CCl₄ V₂O₅ . - CCl₄ CO₂ COCl₂, VOCl₃.

     

Comparative study of single-crystal dehydration of LiCOOH.H2O and Li2SO4·H2O

The kinetics of isothermal dehydration of two crystal hydrates with equivalent water molecule sublattices (LiCOOH.H₂O and LiSO₄.H₂O) was investigated in vacuum with a quartz crystal microbalance, and the dynamics of structural reorganization of the substances was studied by the synchrotron radiation method. Differences were found both in the nucleation stage and in the stage of reaction interface advance. The results indicate that the kinetic behaviour of isothermal decomposition of solids is determined by the structural reorganization of a metastable intermediate.

---

Zusammenfassung Die Kinetik der isothermen Entwässerung zweier Kristallhydrate mit gleichartigen Teilgittern der Wassermoleküle wurde untersucht mittels isothermer TG im Vakuum und Synchrotron-Röntgenbeugung. Unterschiede zwischen beiden Materialien werden sowohl in der Keimbildungswie- wei in der Ausbreitungsphase gefunden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kinetik der isothermen Zersetzung fester Stoffe durch die strukturelle Reorganisation eines metastabilen Zwischenprodukts bestimmt wird.

---

HCOOLi.H₂O Li₂SO₄.H₂O . , — . , . , .

---

---

The authors would like to thank N. Kosova for experimental assistance.     

IR spectra of oxygen adsorbed on SnO2

IR spectra of oxygen adsorbed on SnO₂ with and without lattice defects have been studied. At low temperatures oxygen is adsorbed on defect SnO₂ in two forms of O ₂ ^– . This supports the earlier results obtained by ESR. The low-temperature forms of adsorbed oxygen (unrevealed in ESR spectra) were detected on defectless SnO₂. High-temperature forms of adsorbed oxygen appear in the IR-spectra as bands due to vibrations of the cation-oxygen bond.

---

- SnO₂. , O ₂ ^– , . SnO₂ .

     

Some kinetic problems of inorganic topochemistry

Some problems of the kinetics and mechanisms of reactions of inorganic solids have been considered: the subject of inorganic topochemistry and its interrelation with adjacent disciplines; localization forms and typical forms of kinetic curves of topochemical reactions; the choice of single-meaning characteristics of the stability of solid compounds; and the employment of rational methods of investigation of decomposition kinetics.

---

Zusammenfassung Es werden einige Probleme hinsichtlich der Kinetik und des Mechanismus der Reaktionen von Feststoffen betrachtet: Gegenstand der anorganischen Topochemie und dessen Beziehung zu angrenzenden Wissenschaftszweigen; Lokalisations- und typische Formen der kinetischen Kurven topochemischer Reaktionen; Auswahl eindeutiger Charakteristika für die Stabilität feststoffiger Verbindungen und Entwicklung zweckmäßiger Methoden zur Untersuchung der Kinetik von Zersetzungsvorgängen.

---

, : , , .

     

State of copper in massive Cu?V?Mo oxide systems

ESR data for X(CuO) V₂O₅·8.3 MoO₃ system heated at 400–550 °C indicate the occurrence of a copper state with d_Z ²-ground state. Copper ions are orbitally ordered apparently in –Cu²⁺–O–Cu¹⁺–O–Cu²⁺-chains.

---

B X(CuO) V₂O₅·8,3 MoO₃ , 400–550°C d_Z ²- . , , –Cu²⁺–O–Cu¹⁺–O–Cu²⁺-.

     

A study of chloride moderated silver catalyst

The activity and selectivity of an industrial silver catalyst were found to increase in parallel when the catalyst surface was moderated by 1–7% chloride.

---

1–7%.

     

TG and EGA investigations of the decomposition of magnesium ammonium phosphate hexahydrate by means of the Derivatograph under conventional and quasiisothermal — Quasi-isobaric conditions

An investigation was made of the thermal decomposition of MgNH₄PO₄ · 6H₂O under conventional and under quasi-isothermal—quasi-isobaric conditions. The experiments were carried out with a Derivatograph-suitable for simultaneous TG and EGA examinations. It was found that the thermal decomposition of MgNH₄PO₄·6H₂O consists of three, more or less overlapping partial processes. First 5 moles, then 1 mole of water of crystallization depart, and finally, strictly simultaneously and in an inseparable way, the departure of the ammonia and water of constitution takes place. The three processes can be separated best under quasi-isothermal and quasi-isobaric conditions.

---

Zusammenfassung Die Autoren untersuchten die thermische Zersetzung von MgNH₄PO₄·6H₂O unter konventionellen und quasi isothermischen — quasi isobaren Bedingungen. Die Versuche wurden mit einem zur TG- und EGA-Analyse geeigneten Derivatograph-Typ durchgeführt. Die Autoren fanden, daß die thermische Zersetzung von MgNH₄PO₄·6H₂O aus drei mehr oder weniger überlappenden Teilvorgängen besteht. Zuerst werden 5, dann 1 Mol Kristallwasser entfernt, das Konstitutionswasser und Ammoniak werden streng simultan und von einander untrennbar entfernt. Die drei Vorgänge können am besten unter quasi isothermischen und quasi isobaren Bedingungen von einander getrennt werden.

---

Résumé Les auteurs ont étudié la décomposition thermique de MgNH₄PO₄·6H₂O dans les conditions conventionelles ainsi que dans des conditions presque isothermes et presque isobares. On a effectué les expériences à l'aide d'un Derivatograph qui se prête aux études simultanées par TG et AGE. Dans les conditions conventionnelles, la décomposition thermique de MgNH₄PO₄·6H₂O s'effectue en trois processus élémentaires qui se recouvrent plus ou moins. Le départ de 5 puis d'une molécule d'eau de cristallisation est suivi de celui d'ammoniac et d'eau de constitution, celui-ci étant strictement simultané et indissociable. Ces trois processus peuvent être mieux séparés si l'on opère dans des conditions voisines du régime isotherme et isobare.

---

MgNH₄PO₄·6₂ - - . , TG GA . , MgNH₄PO₄·6₂ . , , . - - .

---

---

The authors wish to thank Prof. E. Pungor for valuable discussions and Mr. M. Arnold for his assistance in performing the experiments.     

Non quasi-stationary state pyrolysis. Induction period of neopentane pyrolysis

The principle of an apparatus using an isothermal continuous flow stirred tank reactor to study homogeneous gas phase reactions at space times of the order of 1 sec is given. With this apparatus, the induction period of neopentane pyrolysis (as an example) has been clearly shown.

---

, , 1 . , , .