Disociația Termică a Carbonatului de Calciu

Disociatia termica a CaCO3 este o reactie eterogena solid-gaz si deoarece singura substanta gazoasa este CO2, constanta de echilibru va depinde numai de presiunea CO2. Disocierea se face conform reactiei:

CaCO3 (solid) CaO (solid) + CO2 (gaz) (1)

Constanta de echilibru a acestei reactii este data de relatia:

(2)

unde a este activitatea substantei respective.

Dar, activitatile substantelor în faza solida se iau în mod conventional egale cu 1. Atunci . La rândul sau, activitatea CO2 este legata de presiunea corespunzatoare prin relatia:

(3)

în care V reprezinta volumul molar al gazului, iar p¸ este presiunea de referinta. Deoarece, în domeniul de variatie al presiunii de disociere, gazul are comportare ideala, integrala are valoare apropiata de zero si deci:

(4)

Astfel, constanta de disociere devine egala cu tensiunea de disociere corespunzatoare:

p¸ = 1 atm (5)

Variatia constantei de echilibru (Kp) cu temperatura este data de ecuatia:

(6)

unde este caldura standard de reactie. Integrând nedefinit:

(7)

si deci:

(8)

unde I este constanta de integrare. Pentru a obtine se reprezinta grafic ln Kp în functie de 1/T. Se obtine o dreapta a carei panta este - /R.

(9)

De unde:

= - R m (10)

PRINCIPIUL METODEI

Într-un tub greu fuzibil (de portelan smaltuit sau de cuart), legat la unul din capete la o pompa de vid si un manometru Toricelli cu mercur este introdusa o nacela cu CaCO3. Tubul poate fi încalzit la o temperatura constanta. Înainte de încalzire se face vid în tub cu ajutorul pompei, se închide robinetul dinspre pompa si apoi se încalzeste treptat. Dioxidul de carbon ce se degaja în spatiul închis exercita o presiune din ce în ce mai mare atât asupra manometrului cât si asupra CaCO3 din nacela.

Pentru o anumita temperatura, presiunea are o anumita valoare caracteristica temperaturii considerate. Daca se lasa tubul sa se raceasca, presiunea scade treptat trecând prin aceleasi valori caracteristice temperaturii, ca în cazul încalzirii. La racire o parte din CO2 se combina cu CaO, refacând CaCO3. Când tubul se raceste pâna la temperatura ordinara, presiunea este practic nula.

La o presiune data, disocierea termica este limitata. Disocierea are loc pâna ce gazul rezultat din descompunere atinge o anumita presiune numita tensiune de disociere asemanatoare cu tensiunea de vapori la lichide si care depinde de temperatura; tensiunea de disociere creste cu temperatura si este independenta de volumul vasului închis în care se face experienta cât si de cantitatea de substanta luata în lucru.

Deoarece tensiunea de disociere este o marime de echilibru, tubul se încalzeste lent, pentru ca sistemul sa poata fi observat în aceasta stare.

DESCRIEREA APARATULUI

Tubul greu fuzibil, în interiorul caruia se afla nacela cu CaCO3 este situat într-un cuptor electric si este închis la unul din capete, iar celalalt capat face legatura printr-un tub de sticla si un robinet cu trei cai cu pompa de vid si manometrul cu mercur. În interiorul cuptorului, la centru, se afla un cuplu termoelectric a carui sudura calda atinge tubul de portelan, iar conductorii sunt legati la un milivoltmetru gradat în grade Celsius. Cuptorul electric poate fi încalzit treptat pâna la 780°C variind intensitatea curentului cu ajutorul unui reostat. Tensiunea de disociere se citeste la manometrul cu mercur.