Topochemical reactions

A survey of topochemical reactions is given and the theory of their kinetics is discussed.

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Zusammenfassung Eine Übersicht über die topochemische Reaktion wird gegeben und die Theorie ihrer Kinetik erörtert.

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Résumé On présente une étude d'ensemble sur les réactions topochimiques en discutant la théorie de la cinétique.

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.

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This paper was written from a series of lectures read by the author at the First All-Union School on the Chemistry of Solids (Novotsherkask, September 1972).     

The general applicability of the Kissinger equation in thermal analysis

Computer modelling calculations will be presented which verify the fact that, if a single reaction follows either Arrhenius or transition state kinetic theory over its entire extent, then the maximum rate of reaction data obeys the modified Kissinger equation, irrespective of the applicable kinetic model. The magnitude of the Kissinger parameter correction term is dependent on the model, ranging from about 0.4% for n^th order and random nucleation, Avrami-Erofeev models to 17% for three dimensional diffusion controlled reactions. The consequences of selecting the incorrent kinetic model in interpreting experimental thermoanalytical data will be examined, thereby giving a rational explanation for the wide range of published kinetic parameters for a number of solid state decompositions.

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Zusammenfassung Computer-Modellberechnungen werden dargelegt, die die Tatsache bestätigen, daß die maximale Reaktionsgeschwindigkeit unabhängig vom angewandten Modell von der modifizierten Kissinger-Gleichung beschrieben wird, wenn eine einzelne Reaktion über den gesamten Verlauf hinweg entweder der kinetischen Arrhenius- oder der Übergangszustands-Theorie folgt. Die Größe der Kissinger-Parameter hängt vom Modell ab und liegt zwischen 0,4% für Avrami-Erofeev-Modelle mitn-ter Ordnung und ungeordneter Kristallkeimbildung und 17% für dreidimensionale diffusionskontrollierte Reaktionen. Die bei Wahl eines falschen kinetische Modells für die Interpretierung thermoanalytischer Daten eintretenden Folgen werden untersucht, wobei eine vernünftige Erklärung für die große Streuung von publizierten kinetischen Parametern einer Anzahl von Festkörperzersetzungsreaktionen gegeben wird.

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, , , , . 0,4% n- - 17% — - . , .

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Presented at the 13th North American Thermal Analysis Society Conference, Sept. 1984, Philadelphia, PA, paper 55.This work was conducted as a part of the Kentucky Energy Resource Utilization Program supported by the Commonwealth of Kentucky, Kentucky Energy Cabinet.     

Residual entropy of glasses and their relation with the crystallization behaviour

For the alloy of eutectic composition in the quasibinary GeSe₂-Sb₂Se₃ system the heat capacities of the glass, undercooled and stable liquid and crystalline phases have been measured using differential scanning calorimetry. Enthalpy, entropy and Gibbs free energy differences of vitreous and crystalline forms have been deduced for this alloy. The kinetic parameters of crystallization for glasses of nearby composition have been obtained by continuous heating experiments. The effective activation energy obtained has a value that accounts for the activation energy for nucleation calculated using simple nucleation theory formulae.

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Zusammenfassung Die Wärmekapazitäten von Glas, unterkühlter und stabiler Flüssigkeit und kristallinen Phasen von Mischungen der eutektischen Zusammensetzung des quasibinären Systems GeSe₂-Sb₂Se₃ werden mittels DSC gemessen. Aus den Ergebnissen werden Enthalpie, Entropie und freie Enthalpie der glasartigen und kristallinen Formen dieser Mischung abgeleitet. Die kinetischen Parameter der Kristallisation von Gläsern benachbarter Zusammensetzungen wurden durch temperaturprogrammierte Untersuchungen ermittelt. Die erhaltenen effektiven Aktivierungsenergien entsprechen dem für die Keimbildung nach einfachen theoretischen Formeln berechneten Wert.

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, , GeSe₂-Sb₂Se₃. , . . , .

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This research was supported by the Comisión Asesora de Investigatión Cientifica y Técnica (CAICYT) project no. 759-84 which is gratefully acknowledged.     

Silylation of porous glass supported platinum catalysts

Effect of silylation with hexamethyldisilazane on adsorption and catalytic properties of porous glass-supported platinum catalysts has been studied. Catalytic activity decreases markedly with an increase in surface coverage by trimethylsilyl groups for all the following reactions examined: hydrogenation of benzene, dehydrogenation of cyclohexane and dehydrocyclization of n-hexane.

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, . , : , -.

     

State of copper ions, bond energy of oxygen and catalytic properties in hydrogen oxidation for a copper-magnesium system

The bond energy of surface oxygen in a copper-magnesium catalyst and its reactivity are shown to be greatly dependent on the structure of the nearer environment of copper ions. For catalysts prepared at low temperatures (773 K) this structure changes from a symmetrical square planar in CuO to an octahedral with various degrees of axial distortion depending on the copper content.

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, . , (773 ), CuO .

     

Исследование роли фосфиновых комплексов никеля различных степеней окисления в каталитической димеризации олефинов

Ni(II), Ni(I) Ni(O) . , , , Ni(O) Ni(I) - Ni(I) Ni(II) Ni(O).

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The interaction of organoaluminium compounds with phosphine complexes of Ni(II), Ni(I) and Ni(0) has been studied under the conditions of catalytic propylene dimerization. The active complexes are formed from Ni(II) compounds, the regeneration of the latter is ensured by repeated reduction, oxidation of Ni(0) to Ni(I), and by disproportionation of Ni(I) into Ni(II) and Ni(0).

     

Oxidative dehydrogenation of n-butenes: Product effect in the reactions over tin-antimony mixed oxides

The addition of possible oxidation and/or isomerization products (butadiene, water, isomeric n-butenes) resulted in neither promotion nor inhibition in the oxidative dehydrogenation of n-butenes over tin-antimony mixed oxide catalysts. On the basis of these and other information on the influence of products an interpretation has been given to complete the reaction mechanism more realistic than those based on previous experimental results.

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(, ) ( -) , . , , .

     

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.

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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.

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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.

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, . , .

     

Thermal decomposition kinetics of sodium metaperiodate

Aged and fresh samples of sodium metaperiodate are subjected to thermal decomposition studies in air by TG, DTG and DTA techniques. The kinetic parameters for their decomposition have been evaluated by weighted least squares method using equations of Coats-Redfern, Horowitz-Metzger and Freeman-Carroll. The results indicate that, within the limits of experimental error, ageing did not change the E^* values considerably.

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, . , -, - -. , , , E^*.

     

Kinetics of oxidative coupling of thiophene in the presence of Pd(OAc)2

The kinetics of oxidative coupling of thiophene to bithiophene in the presence of Pd(OAc)₂ in acetic acid solution has been studied at 60–80°C. The mechanism of the reaction is discussed.

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Pd (OAc)₂ HOAc 60–80°. .

     

Investigation of the chemisorption of propylene on zinc oxide by temperature-programmed desorption

The interactions of propylene with zinc oxide have been studied by temperature-programmed desorption (TPD) under experimental conditions free of inter- or intraparticle limitations or readsorption phenomena.The results indicate that propylene is adsorbed on two types of active sites, and the Arrhenius parameters for the corresponding desorption processes have been calculated; moreover, on the basis of these results, important hypotheses can be made regarding the reaction mechanisms of the total oxidation and the dehydroaromatization of propylene on zinc oxide.The experiments confirm that thermal methods can be successfully used in the interesting and important field of heterogeneous catalysis.

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Zusammenfassung Die Wechselwirkungen von Propylen mit Zinkoxid wurden durch temperaturprogrammierte Desorption (TPD) unter Versuchsbedingungen frei von inter- oder intrapartikulären Begrenzungen oder Readsorptionserscheinungen untersucht.Die Ergebnisse zeigen, daß Propylen an zwei Typen von aktiven Stellen adsorbiert wird. Die Arrhenius-Parameter für die entsprechenden Desorptionsprozesse wurden berechnet. Aufgrund dieser Ergebnisse können wichtige Hypothesen bezüglich des Reaktionsmechanismus der totalen Oxidation und der Dehydroaromatisierung von Propylen an Zinkoxid aufgestellt werden.Die Versuche bestätigen, daß thermische Methoden auf dem interessanten und wichtigen Gebiet der heterogenen Katalyse mit Erfolg eingesetzt werden können.

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- , . , . . , . , .

     

Effect of deuteration on the thermal dehydration of lithium sulfate monohydrate

Effects of deuteration on the thermal stability, enthalpy change and kinetic parameters for the thermal dehydration of Li₂SO₄·H₂O were examined by means of TG and DSC. The enthalpy change for the monohydrate was smaller by 1.63±0.75 kJ/mol than that for the monodeuterate. The rate constant for the monohydrate was a little larger than that for the monodeuterate. However, the thermal stability, activation energy and frequency factor were practically unaffected by deuteration of the hydrate. It is suggested that the activation entropy as well as the activation energy should be considered in explaining the kinetic deuterium isotope effect in the thermal dehydration of Li₂SO₄·H₂O.

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Zusammenfassung Die Wirkung der Deuterisierung auf die Thermostabilität, die Enthalpie-Änderungen und kinetischen Parameter der thermischen Dehydratisierung von Li₂SO₄·H₂O wurden durch TG und DSC untersucht. Die Enthalpie-Änderung für das Monohydrat wurde um 1.63±0.75 kJ/mol niedriger gefunden als für das Monodeuterat. Die Geschwindigkeitskonstante für das Monohydrat war etwas größer als für das Monodeuterat. Die Thermostabilität, die Aktivierungsenergie und der Frequenzfaktor wurden jedoch von der Deuterisierung des Hydrats praktisch nicht beeinflußt. Es wird vorgeschlagen, daß bei der Erklärung des kinetischen Deuterium-Isotop-Effekts bei der thermischen Dehydratisierung von Li₂SO₄·H₂O sowohl die Aktivierungsentropie als auch die Aktivierungsenergie berücksichtigt werden müssen.

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, Li₂SO₄·H₂O. 1.63+0.75 /. , . , , . , Li₂SO₄·H₂O.

     

Structural and thermal studies on sisal fibre

Mechanical characteristics of sisal fibre, such as UTS and Young's modulus, have been determined. The thermal degradation of sisal fibre has been observed by running its DSC and TG/DTG.

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Zusammenfassung Die mechanischen Kennwerte (UTS, Young's Modul) von Sisalfasern wurden bestimmt. Der thermische Abbau von Sisalfasern wurde mittels DSC und TG/DTG untersucht.

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, . / .

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The authors wish to thank Dr. R. K. Tiwari, Dr. S. V. Prasad and Dr. M. Patel for their useful suggestions.     

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.

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. , 400°C P_{H 2}=I Mo(IV); — .

     

Influence of organic reagents on nickel alumina supported catalysts. II. hydrogenolysis of n-butane

The influence of organic reagents on the rate, selectivity and activation energy of n-butane hydrogenolysis has been studied. Increasing of the functional groups and coordination place in used organic reagents the caused higher mean values of reaction rates, activation energy and selectivity towards methane.

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, -. , .

     

Studies on lanthanoid sulfites. Part VIII. Thermogravimetric study of europium sulfite trihydrate

When Eu₂(SO₃)₃·3H₂O is heated in air it forms after dehydration two sulfite-sulfate phases: Eu₂(SO₃)₂SO₂ and Eu₂SO₃(SO₄)₂. The latter phase is thermally remarkably stable and decomposes above 700°C via Eu₂O₂SO₄ to Eu₂O₃. Anhydrous Eu₂(SO₃)₃ and Eu₂O₂SO₄ were also found as intermediates before Eu₂O₃ when the TG experiments were carried out in nitrogen but in other details the decomposition mechanism differs from that in air.

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Zusammenfassung Eu₂(SO₃)₃·3H₂O bildet durch Erhitzen in Luft nach Dehydratation zwei Sulfit-Sulfat-Phasen: Eu₂(SO₃)₂SO₄ und Eu₂SO₃(SO₄)₂·Letztere ist thermisch bedeutend stabiler und zersetzt sich oberhalb 700°C über Eu₂O₂SO₄ zu Eu₂O₃. Bei Durchführung der TG-Experimente in Stickstoff wurden als Zwischenprodukte vor Eu₂O₃ auch wasserfreies Eu₂(SO₃)₃ und Eu₂O₂SO₄ gefunden, in anderen Details weicht jedoch der Mechanismus der Zersetzung von dem der Zersetzung in Luft ab.

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- Eu/SO_3/2SO₄ Eu₂SO₃/SO_4/2. 700° Eu₂O₃ Eu₂O₂SO₄. Eu₂/SO_3/3 Eu₂O₂SO₄ , .

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For Part VII, see ref. 6.     

Mechanism of oxidation of molybdovanadophosphoric heteropoly blues by molecular oxygen. Trivanadium heteropoly blue

The oxidation of a heteropoly blue (HPB) of the composition Na_xH_9-xPMo₉V₃O₄₀ with molecular oxygen has been studied by the method of catalytic vanadyl oxidation. It is shown that the reduction of an oxygen molecule requires the addition of a fourth atom of V(IV) in the form of a vanadyl ion to the heteropoly anion.

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: Na_xH_9-xPMo₉V₃O₄₀. , V(IV), .

     

Comparative thermal analysis (CTA) of thermally-stable polymers and model compounds. Polyimides and model compounds

The method of comparative thermal analysis has been used to determine the thermal stability of polyimides and their model compounds. The extent of defects in the investigated polyimides was determined by gas chromatography. The dependence of the extent of the defects on the chemical structure of the initial components and the supermolecular structure of the polyimides was established.

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Zusammenfassung Die Methode der vergleichenden Thermoanalyse wurde zur Bestimmung der Hitzestabilität von Polyimiden und ihren Modellverbindungen eingesetzt. Das Ausmass der Defekte in den untersuchten Polyimiden wurde gaschromatographisch bestimmt. Die Abhängigkeit des Umfangs der Defekte von der chemischen Struktur der Ausgangskomponenten und der supermolekularen Struktur der Polyimide wurde festgestellt.

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Résumé La méthode d'analyse thermique comparée (CTA) a été utilisée pour étudier la stabilité thermique des polyimides et de leurs composés modèles. On a déterminé par chromatographie en phase gazeuse l'étendue des défauts dans les polyimides étudiés. On a établie de même les rapports qui existent entre l'étendue des défauts dans la structure chimique des composants initiaux et la structure supermoléculaire des polyimides.

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, . . .

     

Reactive silica, XIV. Sorption and polymerization of ethylene oxide on reactive silica

Ethylene oxide vapor was exposed to reactive silica (RS). It chemisorbed immediately on a pair of silicon radicals as –O–CH₂–CH₂–, and the adsorbed species polymerized. It is assumed that polymerization is not an ionic but a radical type reaction.

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. –O–CH₂–CH₂– . , , .

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Part XIII: Ref. 15     

Thermal decomposition of mineral zircon by alkali metal hydroxides

Thermal decomposition of zircon mineral was studied in the presence of sodium and potassium hydroxides and in the presence of a waste mixture of hydroxides containing NaOH and KOH in a weight ratio of 23. The process was controlled in such a way that the decomposition products might contain the minimum possible amount of alkali and could thus be applied for the syntheses of zircon pigments without any further exacting treatment.

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Zusammenfassung Es wurde die thermische Zersetzung eines Zirkonminerals in Gegenwart von Natrium- und Kaliumhydroxid-sowie in Gegenwart einer Altlauge mit einem Gehalt an NaOH und KOH im Verhältnis zwei zu drei untersucht. Der Prozeß wird derart gesteuert, daß die Zersetzungsprodukte einen möglichst geringen Anteil an Lauge besitzen und so ohne weitere arbeitsaufwändige Behandlungen zur Synthese von Zirkonpigmenten verwendet werden können.

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, 23. , , , - .