التحلل الحراري
التحلل الحراري ، أو الانحلال الحراري ، هو تحلل كيميائي للمادة بفعل الحرارة. درجة حرارة التحلل هي درجة الحرارة التي تتحلل عندها المادة كيميائيًا. عادةً ما يكون التفاعل ماصًا للحرارة ، إذ يتطلب الأمر حرارة لكسر الروابط الكيميائية في المركب المتحلل. إذا كان التحلل طاردًا للحرارة بدرجة كافية ، تتشكل حلقة تغذية راجعة موجبة ، مما يؤدي إلى ارتفاع مفاجئ في درجة الحرارة ، وربما انفجار أو تفاعل كيميائي آخر.
تعريف درجة حرارة التحلل
درجة حرارة التحلل الحراري هي درجة الحرارة المحددة التي تبدأ عندها المادة بالتحلل الكيميائي إلى مواد أبسط عند تعرضها للحرارة، ويتم تحديدها عادةً تجريبياً من خلال الفقدان الكبير الأولي للكتلة في منحنى التحليل الحراري الوزني (TGA) . يمثل هذا بداية التحلل الكيميائي الملحوظ، حيث تنكسر الروابط الكيميائية بفعل الطاقة الحرارية فقط . [ 1 ]
بما أن التفاعلات الكيميائية تحدث باستمرار ، نظرًا لأن الجزيئات تتخذ توزيعًا احتماليًا للطاقات ، فلا توجد قيمة حرارية محددة يحدث عندها التحلل تلقائيًا. لذلك، تُستخدم درجة حرارة البدء غالبًا تجريبيًا؛ وهي درجة الحرارة التي يحدث عندها التفاعل الكيميائي بمعدل قابل للقياس، وبالتالي فهي تعتمد بشكل كبير على حساسية الجهاز المستخدم. يمكن حساب درجة حرارة البدء باستخدام المسعر التفاضلي الماسح (DSC)، وهو حساس أيضًا لمعدل التسخين. غالبًا ما يُظهر معدل التسخين الأعلى درجة حرارة بدء أعلى نظرًا لمتغيرات حركية أخرى مثل رتبة التفاعل، وطاقة التنشيط، والسلوك التحفيزي الذاتي. [ 2 ]
قد توجد مادة بسيطة (مثل الماء ) في حالة اتزان مع نواتج تحللها الحراري، مما يوقف التحلل فعليًا. وتزداد نسبة جزيئات التحلل عند الاتزان مع ارتفاع درجة الحرارة. ولأن التحلل الحراري عملية حركية، فإن درجة الحرارة المُلاحظة لبدئه في معظم الحالات تعتمد على الظروف التجريبية وحساسية الجهاز التجريبي. وللحصول على وصف دقيق للعملية، يُوصى باستخدام النمذجة الحرارية الحركية. [ 3 ]
أمثلة
- يتحلل كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري أو الطباشير) إلى أكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون عند تسخينه. والتفاعل الكيميائي كما يلي:
- CaCO3 → CaO + CO2
- يُستخدم هذا التفاعل لصنع الجير الحي ، وهو منتج ذو أهمية صناعية.
- مثال آخر على التحلل الحراري هو 2Pb(NO 3 ) 2 → 2PbO + O 2 + 4NO 2 .
- تتحلل بعض الأكاسيد ، وخاصة أكاسيد المعادن ذات الشحنة الموجبة الضعيفة ، عند تسخينها إلى درجة حرارة عالية كافية. ومن الأمثلة الكلاسيكية على ذلك تحلل أكسيد الزئبق لإنتاج الأكسجين ومعدن الزئبق . وقد استخدم جوزيف بريستلي هذا التفاعل لأول مرة لتحضير عينات من الأكسجين الغازي.
- عند تسخين الماء إلى درجة حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية (2270 كلفن؛ 3630 درجة فهرنهايت) ، فإن نسبة صغيرة منه ستتحلل إلى OH، وأكسجين أحادي الذرة، وهيدروجين أحادي الذرة، وO2 ، و H2 . [ 4 ]
- المركب ذو أعلى درجة حرارة تحلل معروفة هو أول أكسيد الكربون عند ≈ 3870 درجة مئوية (4140 كلفن؛ 7000 درجة فهرنهايت) .
تحلل النترات والنتريت ومركبات الأمونيوم
- ينتج عن تسخين ثنائي كرومات الأمونيوم النيتروجين والماء وأكسيد الكروم (III).
- ينتج عن تسخين نترات الأمونيوم بشدة أكسيد ثنائي النيتروجين (" غاز الضحك ") والماء.
- ينتج عن تسخين نتريت الأمونيوم غاز النيتروجين والماء.
- ينتج عن تسخين أزيد الباريوم معدن الباريوم وغاز النيتروجين.
- يتحلل أزيد الصوديوم عند تسخينه عند 300 درجة مئوية (573 كلفن؛ 572 درجة فهرنهايت) بعنف إلى نيتروجين وصوديوم معدني.
- ينتج عن تسخين نترات الصوديوم نتريت الصوديوم وغاز الأكسجين.
- تخضع المركبات العضوية مثل الأمينات الثلاثية لتفاعل هوفمان عند تسخينها وتنتج الأمينات الثانوية والألكينات.
سهولة التحلل
عندما تكون الفلزات قريبة من أسفل سلسلة النشاط الكيميائي ، فإن مركباتها تتحلل بسهولة عند درجات حرارة عالية. ويعود ذلك إلى أن الروابط بين الذرات تتشكل بقوة أكبر كلما اتجهنا نحو أعلى سلسلة النشاط الكيميائي، وهذه الروابط القوية يصعب كسرها. على سبيل المثال، يقع النحاس بالقرب من أسفل سلسلة النشاط الكيميائي، ويبدأ كبريتات النحاس (CuSO₄ ) بالتحلل عند حوالي 200 درجة مئوية (473 كلفن؛ 392 درجة فهرنهايت) ، وتزداد درجة حرارة التحلل بسرعة عند درجات حرارة أعلى لتصل إلى حوالي 560 درجة مئوية (833 كلفن؛ 1040 درجة فهرنهايت) . في المقابل، يقع البوتاسيوم بالقرب من أعلى سلسلة النشاط الكيميائي، ولا يتحلل كبريتات البوتاسيوم (K₂SO₄ ) عند درجة انصهاره التي تبلغ حوالي 1069 درجة مئوية (1342 كلفن؛ 1956 درجة فهرنهايت) ، ولا حتى عند درجة غليانه.
التطبيقات العملية
تتأثر العديد من الحالات في العالم الحقيقي بالتحلل الحراري، ومنها بصمات الأصابع. فعندما يلمس أي شخص شيئًا ما، تترك الأصابع آثارًا. وإذا كانت الأصابع متعرقة أو تحتوي على زيوت، فإن هذه الآثار تحتوي على العديد من المواد الكيميائية. أجرت دي باولي وزملاؤها دراسة لاختبار التحلل الحراري لبعض المكونات الموجودة في بصمات الأصابع. عند تعرضها للحرارة، بدأت عينات الأحماض الأمينية واليوريا بالتحلل عند 100 درجة مئوية (373 كلفن؛ 212 درجة فهرنهايت) ، بينما بدأ تحلل حمض اللاكتيك عند حوالي 50 درجة مئوية (323 كلفن؛ 122 درجة فهرنهايت) . [ 5 ] هذه المكونات ضرورية لإجراء المزيد من الاختبارات، لذا يُعد تحلل بصمات الأصابع ذا أهمية بالغة في مجال الطب الشرعي.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ السيد، سعد أ. (2022-01-01). "مراجعة التحلل الحراري، ومعاملات الحركية، والغازات المنبعثة أثناء التحلل الحراري للمواد النشطة باستخدام تقنيات مختلفة" . مجلة التحليل والتطبيق في التحلل الحراري . 161 105364. doi : 10.1016/j.jaap.2021.105364 . ISSN 0165-2370 .
- ↑ شركة فاوسكي وشركاؤها (15 ديسمبر 2023). "ما هي درجة حرارة بدء المرض، وكيف أستخدمها؟" . www.fauske.com . تاريخ الاسترجاع: 16 يناير 2026 .
- ^ كوجا، نوبويوشي. فيازوفكين، سيرجي؛ بورنهام، آلان ك. فافيرجون، لويك؛ مورافييف، نيكيتا ف.؛ بيريز ماكيدا، لويس أ؛ ساجيسي، كيارا؛ سانشيز خيمينيز، بيدرو إي. (2023). "توصيات لجنة حركية ICTAC لتحليل حركية التحلل الحراري" . ثيرموتشيميكا اكتا . 719 179384. بيب كود : 2023TcAc..71979384K . دوى : 10.1016/j.tca.2022.179384 . اتش دي ال : 10261/354012 . S2CID 253341877 .
- ↑ بايكارا، س. (2004). "إنتاج الهيدروجين عن طريق التحلل الحراري الشمسي المباشر للماء، وإمكانيات تحسين كفاءة العملية". المجلة الدولية لطاقة الهيدروجين . 29 (14): 1451-1458 . Bibcode : 2004IJHE...29.1451B . doi : 10.1016/j.ijhydene.2004.02.014 .
- ↑ دي باولي، جي.، لويس، إس. إيه.، شوته، إي. إل.، لويس، إل. إيه.، كوناتسر، آر. إم.، فاركاس، تي. (يوليو 2010). "دراسات التحلل الضوئي والحراري لمكونات مختارة من بصمات الأصابع الإفرازية". مجلة العلوم الجنائية . 55 (4): 962-969 . doi : 10.1111/j.1556-4029.2010.01420.x . PMID 20487155. S2CID 37942037 .
- التفاعلات الكيميائية
- الديناميكا الحرارية