The kalsinasi adalah proses di mana sampel padat mengalami suhu yang tinggi di dalam ada atau tidak adanya oksigen. Dalam kimia analitik, ini adalah salah satu langkah terakhir dari analisis gravimetri. Oleh karena itu, sampel dapat dalam bentuk apa pun, anorganik atau organik; tetapi terutama, ini tentang mineral, lempung, atau oksida agar-agar.
Ketika kalsinasi dilakukan di bawah arus udara, hal itu dikatakan terjadi di atmosfer beroksigen; seperti hanya memanaskan padatan dengan hasil pembakaran di ruang terbuka, atau di tungku yang vakum tidak dapat diterapkan.
Kalsinasi rudimenter atau alkimia di bawah langit terbuka. Sumber: Pixabay.
Jika oksigen diganti dengan nitrogen atau gas mulia, maka kalsinasi dikatakan terjadi di bawah atmosfer inert. Perbedaan antara atmosfer yang berinteraksi dengan padatan yang dipanaskan bergantung pada kepekaannya terhadap oksidasi; yaitu bereaksi dengan oksigen untuk berubah menjadi senyawa lain yang lebih teroksidasi.
Apa yang dicari dengan kalsinasi bukanlah untuk melelehkan padatan, tetapi untuk memodifikasinya secara kimiawi atau fisik untuk memenuhi kualitas yang diperlukan untuk aplikasinya. Contoh paling terkenal adalah kalsinasi batu kapur, CaCO 3 , untuk mengubahnya menjadi kapur, CaO, yang diperlukan untuk beton.
Proses
Hubungan antara perlakuan panas batu gamping dan istilah kalsinasi sangat dekat sehingga pada kenyataannya tidak jarang untuk menganggap bahwa proses ini hanya berlaku untuk senyawa kalsium; Namun, ini tidak benar.
Semua padatan, anorganik atau organik, dapat mengapur selama tidak meleleh. Oleh karena itu, proses pemanasan harus terjadi di bawah titik leleh sampel; Kecuali, itu adalah campuran dimana salah satu komponennya meleleh sedangkan yang lain tetap padat.
Proses kalsinasi bervariasi tergantung pada sampel, timbangan, tujuan dan kualitas padatan setelah perlakuan panas. Ini secara global dapat dibagi menjadi dua jenis: analitis dan industri.
Analitis
Jika proses kalsinasi bersifat analitis, umumnya merupakan salah satu langkah terakhir yang sangat diperlukan untuk analisis gravimetri.
Misalnya, setelah serangkaian reaksi kimia, endapan diperoleh, yang selama pembentukannya tidak tampak seperti padatan murni; dengan asumsi jelas bahwa senyawa tersebut telah diketahui sebelumnya.
Terlepas dari teknik pemurniannya, endapan masih memiliki air yang harus dibuang. Jika molekul air seperti itu ada di permukaan, suhu tinggi tidak diperlukan untuk menghilangkannya; tetapi jika mereka "terperangkap" di dalam kristal, maka suhu oven mungkin harus melebihi 700-1000ºC.
Ini memastikan bahwa endapan kering dan uap air dihilangkan; akibatnya, komposisinya menjadi pasti.
Demikian pula, jika endapan mengalami dekomposisi termal, suhu di mana ia harus dikalsinasi harus cukup tinggi untuk memastikan bahwa reaksinya sempurna; jika tidak, Anda akan mendapatkan komposisi padat yang belum ditentukan.
Persamaan berikut meringkas dua poin sebelumnya:
A nH 2 O => A + nH 2 O (uap)
A + Q (panas) => B
Padatan tak terdefinisi adalah campuran A / A · nH 2 O dan A / B, yang idealnya masing-masing harus murni A dan B.
Industri
Dalam proses kalsinasi industri, kualitas kalsinasi sama pentingnya dengan analisis gravimetri; Namun perbedaannya terletak pada perakitan, metode dan jumlah yang diproduksi.
Dalam analitik seseorang berusaha mempelajari kinerja suatu reaksi, atau sifat-sifat yang dikalsinasi; sedangkan di sektor industri lebih penting berapa banyak yang diproduksi dan berapa lama.
Representasi terbaik dari proses kalsinasi industri adalah perlakuan panas pada batugamping sehingga mengalami reaksi sebagai berikut:
CaCO 3 => CaO + CO 2
Kalsium oksida, CaO, adalah kapur yang diperlukan untuk membuat semen. Jika reaksi pertama dilengkapi dengan dua reaksi berikut:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 => CaCO 3
Kristal CaCO 3 yang dihasilkan dapat dibuat dan diukur dari massa kuat senyawa yang sama. Dengan demikian, tidak hanya CaO yang dihasilkan, tetapi juga diperoleh kristal mikro CaCO 3 , yang diperlukan untuk filter dan proses kimia halus lainnya.
Semua logam karbonat terurai dengan cara yang sama, tetapi pada suhu yang berbeda; Artinya, proses kalsinasi industri mereka bisa sangat berbeda.
Jenis kalsinasi
Dengan sendirinya tidak ada cara untuk mengklasifikasikan kalsinasi, kecuali kita mendasarkan diri pada proses dan perubahan yang dialami padatan dengan peningkatan suhu. Dari perspektif terakhir ini, dapat dikatakan bahwa ada dua jenis kalsinasi: satu kimiawi, dan fisika lainnya.
Kimia
Kalsinasi kimiawi adalah proses dimana sampel, padatan atau endapan mengalami dekomposisi termal. Ini dijelaskan untuk kasus CaCO 3 . Senyawa tersebut tidak sama setelah diterapkan suhu tinggi.
Fisik
Kalsinasi fisik adalah salah satu di mana sifat sampel pada akhirnya tidak berubah setelah melepaskan uap air atau gas lainnya.
Contohnya adalah dehidrasi total dari suatu endapan tanpa mengalami reaksi. Selain itu, ukuran kristal dapat berubah bergantung pada suhu; pada suhu yang lebih tinggi, kristal cenderung lebih besar dan struktur dapat "mengembang" atau retak sebagai akibatnya.
Aspek terakhir dari kalsinasi: pengendalian ukuran kristal, belum dibahas secara rinci, tetapi perlu disebutkan.
Aplikasi
Akhirnya, serangkaian aplikasi kalsinasi umum dan khusus akan dicantumkan:
-Dekomposisi logam karbonat dalam oksidanya masing-masing. Hal yang sama berlaku untuk oksalat.
-Dehidrasi mineral, agar-agar oksida atau sampel lain untuk analisis gravimetri.
-Mengirimkan zat padat ke transisi fase, yang dapat metastabil pada suhu kamar; yaitu, bahkan jika kristal baru Anda didinginkan, perlu waktu untuk kembali ke keadaan sebelum kalsinasi.
-Mengaktifkan alumina atau karbon untuk memperbesar ukuran pori-porinya dan berperilaku seperti halnya padatan penyerap.
-Modifikasi sifat struktural, getaran atau magnetik dari nanopartikel mineral seperti Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 ; yaitu, mereka mengalami kalsinasi fisik, di mana panas mempengaruhi ukuran atau bentuk kristal.
-Efek sebelumnya yang sama dapat diamati pada padatan yang lebih sederhana seperti nanopartikel SnO 2 , yang ukurannya meningkat ketika dipaksa untuk menggumpal oleh suhu tinggi; atau dalam pigmen anorganik atau pewarna organik, di mana suhu dan butiran mempengaruhi warnanya.
-Dan desulfurisasi sampel kokas dari minyak mentah, serta senyawa volatil lainnya.
Referensi
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Quantitative Analytical Chemistry (edisi ke-5). PEARSON Prentice Hall.
- Wikipedia. (2019). Kalsinasi. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
- Elsevier. (2019). Kalsinasi. ScienceDirect. Diperoleh dari: sciencedirect.com
- Hubbe Martin. (sf). Mini-Encyclopedia of Papermaking Wet-End Chemistry. Diperoleh dari: projects.ncsu.edu
- Indrayana, IPT, Siregar, N., Suharyadi, E., Kato, T. & Iwata, S. (2016). Ketergantungan suhu kalsinasi mikrostruktur, spektrum getaran dan sifat magnet nanokristalin Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 . Jurnal Fisika: Seri Konferensi, Volume 776, Edisi 1, id artikel. 012021.
- FEECO International, Inc. (2019). Kalsinasi. Diperoleh dari: feeco.com
- Gaber, MA Abdel-Rahim, AY Abdel-Latief, Mahmoud. N. Abdel-Salam. (2014). Pengaruh Temperatur Kalsinasi terhadap Struktur dan Porositas Nanocrystalline SnO 2 yang Disintesis dengan Metode Presipitasi Konvensional. Jurnal Internasional Ilmu Elektrokimia.