阿曼·阿爾斯蘭(新疆維吾爾自治區(qū)食品藥品審評(píng)查驗(yàn)中心，新疆 烏魯木齊 830002)

差熱分析在物化實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

阿曼·阿爾斯蘭(新疆維吾爾自治區(qū)食品藥品審評(píng)查驗(yàn)中心，新疆 烏魯木齊 830002)

作為便捷的實(shí)驗(yàn)手段，熱分析技術(shù)在材料科學(xué)，生命科學(xué)，物理和化學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，由于其具有適用溫度范圍廣，儀器耐用，價(jià)格適中等特點(diǎn)，被許多基礎(chǔ)物化實(shí)驗(yàn)室用于熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)手段。本文在物化實(shí)驗(yàn)差熱分析的過(guò)程中以Zn3B2O6-ZnWO4為例，具體介紹如下。

差熱分析;二元相圖；物理化學(xué)

在日常生產(chǎn)以及化學(xué)、科研領(lǐng)域中，常借助物理化學(xué)相平衡這一知識(shí)點(diǎn)，以此解決精餾、溶解、以及冷凝等問(wèn)題。同時(shí)，材料制備穩(wěn)定性、熔化、熱處理工藝、結(jié)晶行為中，方面相圖和相平衡知識(shí)能夠在其中起到重要作用。通過(guò)幾何圖形來(lái)研究相平衡的變化規(guī)律，是許多科學(xué)領(lǐng)域必備的工具。

熱分析法繪制金屬相圖具有樣品量少、受環(huán)境影響小、可確定最低共熔物的組成、適用于相變潛熱較小或過(guò)程緩慢的系統(tǒng)等特點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)步驟頻繁，樣品攪拌不便，溫度傳感器探頭靈敏度不夠所導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)效果不理想等現(xiàn)象。本文介紹差熱分析技術(shù)在物化實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的過(guò)程中，主要案例選用Zn3B2O6-ZnWO4二元相圖，分析如下。

1 基本構(gòu)筑原理

圖1是二元體系差熱曲線(x=95)（內(nèi)含Zn3B2O6和ZnWO4的），摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.95和0.05的，它形象直觀地表現(xiàn)出相態(tài)的變化過(guò)程。

通過(guò)對(duì)圖1的分析我們了解到：

a——b點(diǎn)之間并沒(méi)有發(fā)生明顯的相態(tài)變化，主要是因?yàn)檫@一過(guò)程屬于固態(tài)兩相區(qū)，因此，無(wú)吸收峰。

B——c點(diǎn)，固態(tài)物質(zhì)漸漸發(fā)生形態(tài)變化，即熔化現(xiàn)象出現(xiàn)，在此期間，即三相共存狀態(tài)，并且吸熱峰現(xiàn)象明顯呈現(xiàn)。其中，三相共存溫度即圖像中c點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度，如果溫度持續(xù)加熱，那么固態(tài)物質(zhì)會(huì)完全以液相形態(tài)呈現(xiàn)，并由三相共存轉(zhuǎn)變?yōu)閮身?xiàng)共存。

d——e點(diǎn)，此階段，溫度并未停止加熱，固態(tài)物質(zhì)形態(tài)變化越來(lái)越明顯，吸熱峰現(xiàn)象也會(huì)隨之出現(xiàn)。

f點(diǎn)，固體物質(zhì)以液相狀態(tài)呈現(xiàn)，則最后一粒固相小時(shí)的溫度即e點(diǎn)溫度。

因?yàn)槿嗑€與摩爾比為95 mol%Zn3B2O6+5 mol%ZnWO4組分的液相線十分接近，根據(jù)上述差熱曲線圖分析可知，兩個(gè)吸熱峰相對(duì)較近。

其他組成曲線分析方法與此相同。

圖2表現(xiàn)的是差異摩爾比在氮?dú)鈿夥障禄旌象w條件下的DTA曲線溫度變化。根據(jù)圖示顯示能夠看出，大部分曲線都出現(xiàn)了兩個(gè)吸熱峰，但這并不包括純Zn3B2O6（x=100）曲線、x=70組分曲線和純ZnWO4（x=0）曲線。其中，x=70的曲線吸熱峰數(shù)量能夠間接顯示其為低共熔混合物，x=0和x=100兩條曲線分別代表Zn3B2O6和ZnWO4的熔點(diǎn)。此外，第一個(gè)吸熱峰和第二個(gè)吸熱峰的位置對(duì)應(yīng)溫度情況分別表現(xiàn)為：相同；液相點(diǎn)溫度不同。

2 儀器及實(shí)驗(yàn)條件

儀器：德國(guó)差熱分析儀，型號(hào)為NETZSCH-STA449C，升溫速率為12 K/min。

條件：不同摩爾比樣品6個(gè)，每個(gè)樣品量≤10mg，參比物選為α-Al2O3物質(zhì)。

3 結(jié)語(yǔ)

純Zn3B2O6（x=100）曲線、x=70組分、曲線純ZnWO4（x=0）曲線及從上圖顯示可知，吸熱峰僅為數(shù)量1，為Zn3B2O6和ZnWO4的熔點(diǎn)，分別是1054℃和1205℃，其余的曲線都出現(xiàn)了兩個(gè)，而且第一個(gè)吸熱峰位置所對(duì)應(yīng)的溫度相同，為1007℃，此為共晶溫度。能夠證明這一混合物屬于最低共熔混合物的有力證明：X=70曲線僅在1007℃出現(xiàn)一個(gè)吸熱峰，即70mol%Zn3B2O6+30mol%ZnWO4第二個(gè)吸熱峰分別對(duì)應(yīng)不同組成的液相點(diǎn)溫度，確定6個(gè)液相點(diǎn)，用平滑曲線鏈接，兩端分別封閉與，便可以繪制出Zn3B2O6-ZnWO4二元體系相圖。

[1]梁敬魁.相圖與相結(jié)構(gòu)[M].北京：科學(xué)出版社，1993.

[2]印永嘉，李大珍.物理化學(xué)簡(jiǎn)明教程[M].北京：高等教育出版社，1992.