Nucleus formation and the kinetics of thermal decomposition of nickel formate

¹ Chemistry Department, Rhodes University Grahamstown, 6140, South Africa.
² Groupe de Physico-Chimie Minérale et de Catalyse, Université Catholique de Louvain, 1348 Louvain-la-Neuve, Belgium.
³ Chemistry Department, Queen's University Belfast, BT9 5 AG, Northern Ireland.

Abstract

The kinetics of thermal decomposition of nickel formate are significantly influenced by the disposition of crystallites of the reactant. Both the induction periods and the rates of subse- quent product evolution during the main reaction were different for samples of powder (i) tightly packed, (ii) loosely aggregated or (iii) dispersed on glass wool, when heated under otherwise identical conditions. Electron microscopic exami- ion of surfaces of partially decomposed material showed that the onset of reaction was markedly inhomogeneous. Within a single sample some crystallites had undergone extenive surface nucleation and reaction while others were unaltered. The effect of various additives was also investigated.

It is concluded that the kinetic characteristics were control- led by the rate of formation of product metallic nuclei (nickel), a process which strongly inhibited by traces of water of crystallization retained after dehydration or readily adsorbed ar sites of potential initiation of decomposition. Nucleation was followed by relatively rapid two-dimensional growth across surfaces with later advance of the reaction interface into the crystallite bulk.

Résumé

La cinétique de la décomposition thermique du formiate de nickel dépend fortement de la disposition des particules de réactif dans le réacteur. Toutes conditions étant égales par ailleurs, la période d’induction et la vitesse de formation des produits gazeux sont différentes suivant que l’échantillon pulvérulent est soit pressé, soit disposé en tas mais non pressé, soit dispersé dans de la laine de verre. L’étude, en microscopie électronique, de la surface de particules ayant subi une décomposition partielle montre que l’amorçage de la réaction se produit de manière non uniforme ; en particulier, certains cristallites sont le siège d’une germination en surface intense et subissent une transformation poussée, tandis que d’autres restent intacts. L’étude cinétique, couplée aux observations microscopiques, a été complétée par la recherche de l’influence possible de substances étrangères.

Les résultats indiquent que la formation des germes de produit (nickel métal) est le processus limitatif. Cette étape de germination est inhibée par des traces d’eau, soit sous la forme d’eau de cristallisation restant liée après l'étape de déshydratation qui précède la décomposition, soit sous forme d'eau adsorbée sur des sites potentiels de germination. L’étape de germination est suivie par une croissance bi-dimensionnelle en surface relativement rapide, à laquelle succède une croissance en profondeur.