Mechanism of thermal hysteresis in reversible transformation of K2SO4

Abstract

The reversible phase transformation of potassium sulphate is studied. Differential thermal analysis, dilatometric and dielectric measurements show the occurrence of a reversible phase transition at 571 °C for K2SO4 with heat of transformation H = 2.3 kcal/mol and activation energy E = −215 kcal/mol. The thermal hysteresis in this reversible transformation is examined, the magnitude of the temperature hysteresis does not exceed 5 K. An acceptable agreement is observed between the measured values of the transition temperature obtained by the three different techniques. The dilatometric analysis shows that this transition is accompanied by thermal expansion with a relative thermal expansion coefficient of 6 × 10−3. The mechanism and physical basis for the phenomenon of thermal hysteresis observed in the temperature of the phase transition are proposed and discussed thermodynamically on the assumption that there is a potential barrier between the atomic arrangements of any two phases. Es wird die reversible Phasentransformation von Kaliumsulphat untersucht. Thermische Differentialanalyse, Dilatometrie und dielektrische Messungen zeigen das Auftreten eines reversiblen Phasenübergangs bei 571 °C für K2SO4 mit einer Übergangswärme H = 2,3 kcal/mol und einer Aktivierungsenergie E = 215 kcal/mol. Die thermische Hysterese bei dieser reversiblen Transformation wird untersucht, und die Größe der Temperaturhysterese übersteigt nicht 5 K. Eine annehmbare Übereinstimmung zwischen den gemessenen Werten der Übergangstemperatur, die mit drei verschiedenen Methoden bestimmt wurden, wird beobachtet. Die dilatometrische Analyse zeigt, daß dieser Übergang von thermischer Ausdehnung mit einem relativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 6 × 10−3 verknüpft ist. Ein Mechanismus und die physikalische Basis für das Phänomen der bei der Temperatur des Phasenübergangs auftretenden thermischen Hysterese werden vorgeschlagen und unter der Annahme, daß eine Potentialbarriere zwischen den Atomanordnungen in beiden Phasen existiert, thermodynamisch diskutiert.