Değişik gaz atmosferlerinde ve ısıtma koşullarında amonyum paratungstatın bozunma mekanizması ve kinetiği

Abstract

Amonyum paratungstat (APT) tungsten (W) üretiminde önemli bir yere sahiptir. APT'nin ısısal bozundurulması ile şartlara bağlı olarak tungsten trioksit veya tungsten mavi oksit oluşmaktadır. Tungsten mavi oksitte stokiometrik ve nonstokiometrik tungsten oksitler ve tungsten bronzları bulunmaktadır. W, endüstride flaman olarak aydınlatma lambalarında, katot olarak gücü yüksek lambalarda ve roket nozülleri olarak uzay araçlarında kullanılmaktadır. Açık tünel yapılarından dolayı hekzagonal yapıdaki tungsten oksit ve tungsten oksit bronzları elektronik aygıt ile nem ve gaz sensörleri olarak kullanım alanı bulmaktadır. APT'ın ısısal bozunma kademeleri ve bozunma ürünleri hakkında literatürde farklı bulgular mevcuttur. Farklı bulguların elde edilmesinde kullanılan madde miktarının, uygulanan ısıtma hızı ile gaz ortamının ve maddelerin konuldukları kabın cinsinin önemli etkileri olmaktadır. APT'ın ısısal bozunma mekanizmasının araştırılmasına yönelik çalışmalar bulunmasına rağmen bu ısısal bozunma kademelerinin kinetiğinin incelenmesine yönelik literatürde herhangi bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Bu çalışmada, APT'ın ısısal bozunma mekanizmasının belirlenmesinde nonizotermal ve izotermal koşullarda kuru hava ve Ar atmosferlerinde gerçekleştirilen Termogravimetrik, Diferansiyel Termal ve Kütle Spektrometrik Analiz (TGA/DTA-MS) sonuçlarından yararlanılmıştır. Isısal bozunma sonucu oluşan ara ve son katı ürünlerin karakterizasyonu X-Işını Toz Difraksiyon (XRD) ve Fourier Transform – Infrared Spektroskopisi (FT-IR) analiz teknikleri uygulanarak yapılmıştır. Isısal bozunma adımlarına ait kinetik bağıntılardaki görünür aktivasyon enerjileri, eksponansiyel öncesi katsayılar ve kinetik model bağıntılar belirlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca, vakum uygulanarak kapatılmış sistemde APT'ın ısısal bozunması sırasında oluşturduğu kendi gaz atmosferinde değişik sıcaklıklarda elde edilmiş ısısal bozunma ürünlerinin karakterizasyonu XRD ve FT-IR analiz teknikleri ile belirlenmiştir.Anahtar kelimeler: Amonyum Paratungstat, termal analiz, bozunma mekanizması, reaksiyon kinetiği, karakterizasyon.

Ammonium paratungstate (APT) takes an important part in tungsten (W) production. Tungsten trioxide or tungsten blue oxide is formed depending on the thermal decomposition conditions of APT. Tungsten blue oxide includes either stoichiometric and nonstoichiometric tungsten oxides or tungsten bronzes. In industry, W is used as filaments in illumination bulbs, cathodes in high power bulbs and rocket nozzles in space vehicles. Hexagonal structured tungsten oxide and tungsten oxide bronzes find area of utilization as gas and humidity sensors in electronic devices because of their open tunnel structures.Various findings are proposed about thermal decomposition steps and products of APT in literature. Amount of sample, heating rate, gas atmosphere and type of crucibles play important role in obtaining different findings. Although there are numerous studies on the decomposition mechanism of APT, no investigation was found about kinetics of these thermal decomposition steps.In this study, Thermogravimetric, Differential Thermal and Mass Spectrometric Analyses (TGA/DTA-MS) were carried out under nonisothermal and isothermal conditions in dry air and argon atmospheres to determine the thermal decomposition mechanism of APT. The characterizations of the intermediate and final thermal decomposition products were made by using X-ray Powder Diffraction (XRD) and Fourier Transform – Infrared Spectroscopy (FT-IR) analysis techniques. Apparent activation energies, preexponential factors in kinetic equations belonging to thermal decomposition steps and kinetic model equations were determined. Additionally, the characterizations of the thermal decomposition products of APT obtained at different temperatures under its own atmosphere in an evacuated system were carried out by using XRD and FT-IR analysis techniques.Keywords: Ammonium Paratungstate, thermal analysis, decomposition mechanism, reaction kinetic, characterization