Kinetic study of the thermal decomposition of cobalt(III) oxyhydroxide

Abstract

The kinetics of thermal decomposition of CoOOH under vacuum have been studied by the analysis of dynamic weight loss data. The comparison of the values of activation energy computed from the application of different methods of TG data analysis and those obtained in isothermal conditions, allows to detect a first order law as the most suitable mechanism for the reaction. Nevertheless, there is no clear differentiation between this model and those based in contracting geometry equations. The discrimination of the formal kinetics governing this reaction has been made on the basis of X-ray profile analysis and electron microscopy results. The reaction seems to occur by a random nucleation process that leads to the formation of cracks, which confine coherently scattering domains of 50–100 Å. The occurrence of these isolated blocks might account for a rate of decomposition proportional to the amount of undecomposed reactant.

Zusammenfassung

Die Kinetik der thermischen Zersetzung von CoOOH im Vakuum wurde durch Analyse von dynamischen Gewichtsverlustdaten untersucht. Der Vergleich der Werte der durch verschiedene Methoden der Analyse von thermogravimetrischen und unter isothermen Bedingungen erhaltenen Daten läßt ein Gesetz erster Ordnung als den für die Reaktion am besten geeignetsten Mechanismus erkennen. Trotzdem ist keine klare Unterscheidung zwischen diesem Modell und auf geometrischen Gleichungen basierenden Modellen möglich. Die den Verlauf dieser Reaktion bestimmende formale Kinetik wurde auf der Basis der Röntgenprofilanalyse und elektronenmikroskopischer Ergebnisse ermittelt. Der Reaktion scheint ein statistischer Keimbildungsprozeß zugrunde zu liegen, der zur Bildung von kohärente Streubereiche von 50–100 nm begrenzenden Sprüngen führt. Dem Auftreten solcher isolierter Blöcke mag zuzuschreiben sein, daß die Zersetzungsgeschwindigkeit der Menge an unzersetztem Reaktant proportional ist.

Резюме

Кинетика реакции тер мического разложени я СоООН в вакууме была и зучена на основе анализа дан ных динамической пот ери веса. Сопоставление значе ний энергий активации, вычисленн ых на основе различны х методов анализа данных ТГ, с по лученными в изотермических усл овиях, позволило обна ружить закон первого порядк а, как наиболее приемлемый механизм реакции. Однако, нет яс ного различия между этой м оделью и моделями, основанным и на геометрических у равнениях. Такая избирательнос ть формальной кинетики была устано влена на основании ан ализа профиля рентгеновск их лучей и электронной микроск опии. Исследованная р еакция сопровождается проц ессом произвольного образования центров кристаллизации, прив одящих к образованию трещин, которые рождают коге рентно-рассеивающие домены размера 5–10 нм. Появлени е этих изолированных блоко в может объяснить ско рость разложения пропорци ональную количеству вещества, не подвергш егося разложению.