Temperaturas de Tammann y Hüttig

Propiedades químicas de los materiales

La temperatura de Tammann (también escrita temperatura de Tamman ) y la temperatura de Hüttig de un material sólido dado son aproximaciones a las temperaturas absolutas a las que los átomos en una red cristalina en masa (Tammann) o en la superficie (Hüttig) del material sólido se vuelven lo suficientemente móviles para difundirse fácilmente y, en consecuencia, son más reactivos químicamente y susceptibles a la recristalización, aglomeración o sinterización . ^{[1] [2]} Estas temperaturas son iguales a la mitad (Tammann) o un tercio (Hüttig) de la temperatura absoluta del punto de fusión del compuesto . Las temperaturas absolutas generalmente se miden en Kelvin .

Las temperaturas de Tammann y Hüttig son importantes para tener en cuenta la actividad catalítica , la segregación y la sinterización de materiales sólidos. La temperatura de Tammann es importante para compuestos reactivos como explosivos y oxidantes de combustible , como el clorato de potasio ( KClO ₃ , T _Tammann = 42 °C), el nitrato de potasio ( KNO ₃ , T _Tammann = 31 °C) y el nitrato de sodio (NaNO ₃ , T _Tammann = 17 °C), que pueden reaccionar inesperadamente a temperaturas mucho más bajas que sus temperaturas de fusión o descomposición. ^{[1] : 152  [3] : 502}

Los compuestos a granel deben contrastarse con nanopartículas que exhiben depresión del punto de fusión , lo que significa que tienen puntos de fusión significativamente más bajos que el material a granel y temperaturas de Tammann y Hüttig correspondientemente más bajas. ^{[4] Por ejemplo, las nanopartículas} de oro de 2 nm se funden a solo unos 327 °C, en contraste con los 1065 °C del oro a granel. ^[4]

Historia

La temperatura de Tammann fue desarrollada por el astrónomo alemán, profesor de química del estado sólido y física Gustav Tammann en la primera mitad del siglo XX. ^{[1] : 152} Consideró que el movimiento reticular era muy importante para la reactividad de la materia y cuantificó su teoría calculando una relación de las temperaturas de los materiales dados en las fases sólido-líquido a temperaturas absolutas. La división de la temperatura de un sólido por un punto de fusión daría como resultado una temperatura de Tammann. El valor se mide generalmente en Kelvin (K): ^{[1] : 152}

${\displaystyle T_{\text{Tammann}}={\beta }{\times }T_{\text{melting point}}({\text{in K}})}$ ^[5]

donde es un número constante adimensional. ${\displaystyle {\beta }}$

La temperatura umbral para la activación y difusión de átomos en superficies fue estudiada por Gustav Franz Hüttig, químico físico de la facultad de la Universidad Tecnológica de Graz , quien escribió en 1948 (traducido del alemán): ^{[6] [7]}

En el estado sólido, los átomos oscilan sobre su posición en la red... Siempre hay algunos átomos que están muy energizados. Un átomo así puede desprenderse y cambiar de lugar con otro (reacción de intercambio) o puede, durante un tiempo, viajar sin rumbo fijo... el número de átomos que se difunden aumenta con la temperatura, primero lentamente y, en los rangos de temperatura más altos, más rápidamente. Para cada metal hay una temperatura definida a la que el proceso de intercambio se acelera repentinamente. La relación entre esta temperatura y el punto de fusión en grados K ​​es constante para todos los metales... Sobre la base de estos procesos elementales, la sinterización se analiza en relación con el coeficiente α, que es la fracción del punto de fusión en grados K... Cuando α está entre 0,23 y 0,36, se produce la activación como resultado de la difusión superficial. Al mismo tiempo, se produce el desprendimiento o liberación de los gases adsorbidos.

Descripción

La temperatura de Hüttig para un material dado es

${\displaystyle T_{\mathrm {\text{Hüttig}} }=\alpha \times T_{\mathrm {mp} }}$

donde es la temperatura absoluta del punto de fusión del material (normalmente especificado en unidades Kelvin ) y es una constante sin unidades que es independiente del material, que tiene el valor según algunas fuentes, ^{[4] [8]} o según otras fuentes. ^{[9] [10] [11]} Es una aproximación a la temperatura necesaria para que las superficies de un metal o de un óxido de metal muestren una difusión atómica significativa a lo largo de la superficie, sinterización y recristalización superficial. La desorción de los gases adsorbidos y la reactividad química de la superficie a menudo aumentan notablemente a medida que la temperatura aumenta por encima de la temperatura de Hüttig. ${\displaystyle T_{\text{mp}}}$ ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha =0.3}$ ${\displaystyle \alpha =1/3}$

La temperatura de Tammann para un material dado es

${\displaystyle T_{\mathrm {Tammann} }=\beta \times T_{\mathrm {mp} }}$

donde es una constante sin unidades que generalmente se toma como , independientemente del material. ^{[4] [8] [9] [10]} Es una aproximación a la temperatura necesaria para la movilidad y difusión de átomos, iones y defectos dentro de un cristal a granel. La reactividad química a granel a menudo aumenta notablemente a medida que la temperatura aumenta por encima de la temperatura de Tammann. ${\displaystyle \beta }$ ${\displaystyle 0.5}$

Ejemplos

La siguiente tabla muestra un ejemplo de temperaturas de Tammann y Hüttig calculadas a partir del punto de fusión T _mp de cada compuesto según:

T _{Tammann =} 0,5 × Tmp

T _Hüttig = 0,3 × T _mp

Véase también

• Cinética química  : estudio de las velocidades de las reacciones químicas.
• Termodinámica química  : estudio de las reacciones químicas dentro de las leyes de la termodinámica.
• Transición vítrea  : transición reversible en materiales amorfos
• Fusión superficial  : Formación de una película cuasi líquida sobre la superficie de un sólido.Páginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redireccionamiento

Notas

Referencias

1. Conkling, John A. (2019). Química de la pirotecnia: principios básicos y teoría. Chris Mocella (3.ª ed.). Boca Raton, FL. ISBN 978-0-429-26213-5.OCLC 1079055294  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
2. Preparación de catalizadores sólidos. G. Ertl, H. Knözinger, J. Weitkamp. Weinheim: Wiley-VCH. 1999.ISBN​ 978-3-527-61952-8.OCLC 264615500  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )
3. Investigación forense de explosiones. Alexander Beveridge (2.ª ed.). Boca Raton: CRC Press. 2012. ISBN 978-1-4665-0394-6.OCLC 763161398  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )
4. Dai, Yunqian; Lu, Ping; Cao, Zhenming; Campbell, Charles T.; Xia, Younan (2018). "La química física y la ciencia de los materiales detrás de los catalizadores resistentes a la sinterización". Chemical Society Reviews . 47 (12): 4314–4331. doi :10.1039/C7CS00650K. ISSN  0306-0012. OSTI  1539900. PMID  29745393.
5. Tammann, G. (1924). "Die Temp. d. Comienza la difusión interna en Kristallen". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (en alemán). 157 (1): 321. doi : 10.1002/zaac.19261570123.
6. Hüttig, GF (1948). "Principios teóricos de la sinterización de polvos metálicos". Archivo para metalurgia . 2 : 93–99 . Consultado el 10 de abril de 2023 .
7. Michaelson, Herbert B. (1951). Las teorías del proceso de sinterización: una guía de la literatura (1931-1951). Oak Ridge, Tennessee: Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos, Servicio de Información Técnica. p. 34. Consultado el 10 de abril de 2023 .
8. Argyle, Morris; Bartholomew, Calvin (26 de febrero de 2015). "Desactivación y regeneración de catalizadores heterogéneos: una revisión". Catalysts . 5 (1): 145–269. doi : 10.3390/catal5010145 . ISSN  2073-4344.
9. Catálisis. Volumen 10: una revisión de la literatura reciente. James J. Spivey, Sanjay K. Agarwal. Cambridge, Inglaterra: Royal Society of Chemistry. 1993. ISBN 978-1-84755-322-5.OCLC 237047448  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )
10. Menon, PG; Rao, TSR Prasada (1979). "Enriquecimiento de la superficie en catalizadores". Catalysis Reviews . 20 (1): 97–120. doi :10.1080/03602457908065107. ISSN  0161-4940.
11. Spencer, MS (1986). "Superficies metálicas estables y metaestables en catálisis heterogénea". Nature . 323 (6090): 685–687. Bibcode :1986Natur.323..685S. doi :10.1038/323685a0. ISSN  0028-0836. S2CID  4350909.