Laboratorium Mikrokalorymetrii

OPIS METODY.

Unowocześniona technika mikrokalorymetrii przepływowej używana jest do badań efektów cieplnych reakcji heterogenicznych. Mikrokalorymetr przepływowy (FMC) firmy Microscal mierzy in situ prędkość wydzielania ciepła towarzyszącego sorpcji gazów na ciałach stałych. Instrument ten składa się z niewielkiej celki (mogącej pomiescić ok. 200 mg próbki) umieszczonej wewnątrz dużego bloku metalowego o średnicy ok. 30 cm, który działa jak rezerwuar, lub chłodnica zapweniająca szybkie odprowadzanie ciepła wytworzonego w wyniku sorpcji. Ciepło jest generowane podczas przepływu sorbowanego gazu przez celkę zawierająca probkę sorbenta. Istota pomiaru w FMC polega na precezyjnym określaniu różnicy temperatur powstającej pomiędzy celką i blokiem metalu. Zgodnie z prawem Newtona, prędkość ruchu ciepła Q [J/s] jest funcją trzech parametrów:

Q = aFDT

 
gdzie F [m²] jest powierzchnią wymiany ciepła, a [W/m²K] oznacza współczynnik przenikania ciepła, a DT [K] jest różnicą temperatur. Powierzchnia wymiany ciepła pozostaje stała F, DT jest mierzone, natomiast współczynnik przenikania ciepła jest różny dla każdej próbki i dlatego konieczna jest procedura kalibracyjna. Celka instrumentu wyposażona jest w kalibrator, który umożliwia wprowadzanie impulsów ciepła, wydzielanego przy przepływie prądu przez cewkę kalibratora, a powierzchnia piku zapisanego po takim kalibracyjnym impulsie jest następnie używana do obliczenia współczynnika kalibracyjnego dla danej próbki. Zatem, przy pozostałych parametrach stałych lub kontrolowanych, prędkość przepływu ciepła jest funkcją różnicy temperatur, która może być precyzyjnie mierzona w FMC. Instrument wyposażony jest również w detektor wyjściowy (obecnie detektor cieplno-przewodnościowy) umożliwiający określanie ilości sorbowanego gazu, która może być użyta do obliczania różniczkowego ciepła sorpcji na mol adsorbatu (kJ/mol).

ZAINTERESOWANIA BADAWCZE.

W grupie prowadzone są badania w następujących tematach:

• Efekty cieplne koadsorpcji gazów szlachetnych, takich jak hel oraz argon, z wodorem na palladzie.
• Prędkość wydzielania ciepła podczas reakcji amoniaku z heteropolikwasami.
• Ciepło adsorpcji wody i etanolu oraz amoniaku na zeolitach i materiałach mezoporowatych.
• Ciepło reakcji katalitycznej odwadniania etanolu na heteropolikwasach naniesionych na TiO₂.

WAŻNIEJSZE WYNIKI.

Spostrzeżono niespodziewany, bardzo mocny egzotermiczny efekt towarzyszący reakcji palladu zawierającego sorbowany wodór z gazami takimi jak hel, argon i neon. Zjawisko to można wyjaśnić jako rezultat koadsorpcji wodoru z helem lub argonem na palladzie. Pochłanianie amoniaku w heteropolikwasach (w pokojowej temperaturze) było od dawna znane jako wiążące nadmiar amoniaku w stosunku do ilości protonów obecnych w cząsteczce heteropolikwasu. Brak, jednak, dokładnego określenia ilości nadmiarowej sorpcji, był niedogodnością, która uniemożliwiała zastosowanie miareczkowania amoniakiem w pokojowej temperaturze, zmuszając do prowadzenia miareczkowania w wyższej temperaturze (ok 150^oC), w której daje się osiągnąć sorpcje w stosunku jedna cząsteczka amoniaku na jeden proton. Badania kalorymetryczne pokazały jednak, że sorpcja w pokojowej temperaturze prowadzi do ścisłej proporcji dwóch cząsteczek amoniaku na jeden proton, tak że można postulować tworzenie dimerycznego kationu [N₂H₇]⁺.