Bài giảng Hóa học chất rắn: Chương 5 - Trần Vũ Diễm Ngọc

Bài giảng Hóa học chất rắn: Chương 5 - Các phương pháp xác định đặc tính chất rắn được biên soạn với các nội dung chính sau: Chọn phương pháp phân tích thích hợp; Chọn mẫu đại diện; Tách chất; Tiến hành đo các chất cần phân tích; Tính toán và xử lý kết quả phân tích. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!

8/28/2021 CHƯƠNG 5: Các phương pháp xác định đặc tính chất rắn 189 189 CHƯƠNG 5: Các phương pháp xác định đặc tính chất rắn  Phân tích hóa học: Dùng phản ứng hóa học để chuyển cấu tử khảo sát thành hợp chất có tính chất đặc trưng mà ta xác định diện hàm lượng cảu cấu tử khảo sát  Phân tích vật lý: Xác định thành phần hàm lượng chất dựa việc nghiên cứu cac tính chất quang, điện, từ, nhiệt tính chất vật lý khác 190 190 95 8/28/2021 CHƯƠNG 5: Các phương pháp xác định đặc tính chất rắn  Chọn phương pháp phân tích thích hợp  Chọn mẫu đại diện  Tách chất:  Tiến hành đo chất cần phân tích  Tính tốn xử lý kết phân tích: 191 191 5.1 Phân tích hóa học Nghiên cứu phương pháp phân tích định tính định lượng thành phần hóa học chất - PT định tính: Trong mẫu PT có chất - PT định lượng: Hàm lượng chất có mẫu Khi nghiên cứu thành phần chất chưa biết:phân tích định tính trước, phân tích định lượng tiến hành sau 192 96 8/28/2021 5.1 Phân tích hóa học 193 5.1 Phân tích hóa học Các giai đoạn tiến hành phân tích  Lấy mẫu đại diện  Bảo quản mẫu phân tích  Tạo mẫu dạng thích hợp  Tiến hành phân tích định tính  Cơ lập loại bỏ bớt số cấu tử cản trở  Tiến hành đinh lượng  Tính tốn kết 194 97 8/28/2021 5.1 Phân tích hóa học Các giai đoạn tiến hành phân tích 195 5.1 Phân tích hóa học 196 98 8/28/2021 6.5.1 Phân tích hóahóa học: 5.1 Phân tích học 197 5.1 Phân tích hóa học 5.1.1 Phân tích trọng lượng ĐN: Cân khối lượng chất cần xác định hợp phần tách trạng thái tinh khiết hóa học dạng hợp chất có thành phần biết trước Các bước tiến hành:  Chọn mẫu gia công mẫu  Chuyển mẫu vào trạng thái dung dịch tìm cách tách chất cần phân tích khỏi dung dịch ( làm kết tủa , hay bay ) lọc rửa kết tủa  Chuyển hóa sản phẩm tách biện pháp thích hợp sấy , nung  Cân tính tốn kết 198 99 8/28/2021 5.1.1 Phân tích trọng lượng Phương pháp kết tủa khối lượng Dùng phản ứng kết tủa để tách chất cần phân tích khỏi dung dịch phân tích Sau kết tủa lọc, rửa , sấy , nung đến khối lượng không đổi đem cân để tính tốn kết Phương phấp đẩy ( hay tách ) Tách chất cần phân tích trạng thái tự lọc, rửa cân khối lượng chất tách để từ xác định hàm lượng % chất cần phân tích Phương pháp bay Mẫu PT đc xử lý nhiệt độ hay thuốc thử thích hợp, để chất PT bay xác định hàm lượng chất cần PT dựa độ tăng hay giảm khối lượng bình sau bay 199 5.1.1 Phân tích trọng lượng 200 100 8/28/2021 5.1.2 Phân tích thể tích (phương pháp chuẩn độ) ĐN: Dựa việc đo xác thể tích dung dịch thuốc thử (đã biết nồng độ xác hay độ chuẩn) cần thiết để phản ứng vừa đủ với dung dịch phân tích Từ lượng thuốc thử tính hàm lượng chất cần phân tích có mẫu DD chuẩn DD cần chuẩn độ 201 5.1.2 Phân tích thể tích (phương pháp chuẩn độ)  Phương pháp trung hòa axit – bazo: H+ + OH-  H2O  Phương pháp tạo phức: Ag+ + 2CN-  [Ag(CN)2]  Phương pháp oxy hóa khử : Oxh1 + Kh2  Kh1 + Oxh2  Phương pháp kết tủa: A + B  C 202 101 8/28/2021 6.1 5.1 Phương Phương tích vật lý pháp pháp nhiễu xạ phân tia X - Nhiễu xạ tia X (Rơnghen) - Hiển vi (Quang học, SEM, TEM) - Phân tích nhiệt - Tỷ trọng độ xốp… 203 203 5.1.1 6.1 Phân tích nhiễu xạ tia X (Rơnghen) Phương pháp nhiễu xạ tia X Định nghĩa: Tia X song điện từ có bước song  = 10-2÷ 10-1nm Bản chất tia X: 204 204 102 8/28/2021 5.1.1 Phân tích nhiễu xạ tia X (Rơnghen) Hiện tượng nhiễu xạ Hiệu quang trình tia tán xạ mặt là: Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ góc tới phải thỏa mãn điều kiện: 205 205 5.1.1 Phân tích nhiễu xạ tia X (Rơnghen) Cơ chế phát tia X: - Electron tia âm cực tăng tốc E mạnh nên động lớn - Khi gặp nguyên tử đối âm cực, e- xuyên sâu vào vỏ nguyên tử, tương tác với hạt nhân e lớp nguyên tử dừng lại đột ngột làm phát sóng điện từ có bước sóng ngắn gọi xạ hãm hay tia X 206 206 103 8/28/2021 5.1.1 Phân tích nhiễu xạ tia X (Rơnghen) Tính chất tia X: - Khơng nhìn thấy vùng bước sóng tia X 0.1 – 0.001 nm - Truyền thẳng không gian tự - Phản xạ→ bị che chắn môi trường - Hấp thụ→ bị suy giảm cường độ môi trường - Tuyền qua → có tính “thấu quang” với nhiều mơi trường khơng suốt - Vì có bước sóng ngắn, lượng cao → khẳ xuyên thấu cao - Khúc xạ→ chiết suất môi trường vật chất - Phản ứng quang hóa → tác dụng lên phim ảnh 207 207 5.1.1 Phân tích nhiễu xạ tia X (Rơnghen) - Đèn tia X: nguồn tạo nhiễu xạ Rơn ghen - Tia tới: tia X trước bắt phá mẫu - Máy đo góc: giữ điều chỉnh mẫu, - Mẫu gá mẫu - Nhận phát tia X (detector) 208 208 104 8/28/2021 So sánh OM-SEM-TEM 283 6.3.4 So sánh OM-SEM-TEM 284 142 8/28/2021 So sánh OM-SEM-TEM & XRD 285 5.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt Định nghĩa: PP phân tích mà tích chất vật lý, hóa học mẫu đo cách liên tục hàm nhiệt độ 286 143 8/28/2021 5.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt Phân loại:  Phân tích nhiệt vi sai (DTA): nhiệt độ  Quét nhiệt vi sai (DSC): lượng  Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) DSC DTA TGA 287 5.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt Phân tích nhiệt vi sai (DTA) Là phương pháp phân tích nhiệt dựa việc thay đổi To mẫu đo mẫu chuẩn xem hàm To mẫu  Mẫu chuẩn trơ nhiệt độ  Mẫu đo: giải phóng hấp thụ nhiệt ta tăng nhiệt độ Dấu lượng đặc trưng cho trình hấp thụ hay giải nhiệt 288 144 8/28/2021 5.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt Phân tích nhiệt vi sai (DTA)  Đặc trưng phương pháp: • Phân biệt nhiệt độ đặc trưng: nóng chảy, bay hơi, thăng hoa • Chuyển pha thuỷ tinh • Hành vi kết tinh nóng chảy vật liệu • Độ tinh khiết • Tính đa hình • Độ ổn định nhiệt • Oxi hóa • Hồn ngun … 289 Phân tích nhiệt vi sai (DTA)  Thiết bị đo: Vật liệu có độ cao Kích thược hạt nhỏ mịnh (tang bề mặt tiếp Hiệu nhiệt độ T = TS – TR TS nhiệt độ mẫu nghiên cứu TR nhiệt độ mẫu chuẩn xúc đk cân bằng) 290 145 8/28/2021 5.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt Phân tích nhiệt vi sai (DTA)  Nguyên lý đo DTA Cơng thức tính chênh lệch nhiệt độ mẫu nghiên cứu mẫu chuẩn M C M C b r2 T  T1  T2  (1  )  ( 2  1 ) 2 1 4H R • T1, T2 Nhiệt độ mẫu nghiên cứu mẫu chuẩn • b: tốc độ nâng nhiệt lị • H chiều cao mẫu • R: Bán kính mẫu dạng hình trụ • r Toạ độ điểm ghi nhiệt độ mẫu (r=0 toạ độ đặt pin nhiệt điện) • M, C,  khối lượng, nhiệt dung riêng hệ số dẫn nhiệt mẫu nghiên cứu mẫu chuẩn 291 5.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt Phân tích nhiệt vi sai (DTA)  Ngun lý đo DTA Cơng thức tính chênh lệch nhiệt độ mẫu nghiên cứu mẫu chuẩn • Để T = khơng có hiệu ứng nhiệt : M C M C1  V2 2 V1 1 • • V1, V2 thể tích mẫu nghiên cứu mẫu chuẩn Cần chọn mẫu chuẩn có C  cho : C12 = C21 Vì M V mẫu nghiên cứu mẫu chuẩn chuẩn bị giống 292 146 8/28/2021 5.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt Phân tích nhiệt vi sai (DTA)  Phân tích kết quả: - Các đỉnh (toả hay thu nhiệt mạnh: có thay đổi mặt hố học vật lý - Diện tích phần bên đỉnh cho ta thông tin lượng ứng với trình xảy mẫu T >0, toả nhiệt T  hấp thụ nhiệt mẫu 294 147 8/28/2021 5.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt Phân tích nhiệt vi sai (DTA)  Các yếu tố xác định hiệu ứng nhiệt - Nhiệt độ thời điểm bắt đầu xảy hiệu ứng nhiệt Td - Nhiệt độ cực đại hiệu ứng nhiệt Tm -Nhiệt độ kết thúc hiệu ứng nhiệt Tc Tm cho biết nhiệt độ thời điểm cường độ hiệu ứng nhiệt đạt tới cực đại 295 Phân tích quyét nhiệt vi sai (DSC)  Độ chênh lệch nhiệt độ T hai mẫu chuẩn đo =  Xác định entanpy trình cách xác định lưu lượng nhiệt vi sai cần để trì mẫu vật liệu mẫu chuẩn trơ nhiệt độ 296 148 8/28/2021 5.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt Phân tích quyét nhiệt vi sai (DSC)  Thiết bị đo: 297 Phân tích quyét nhiệt vi sai (DSC)  Sự chuyển pha vật chất  Năng lượng chuyển pha  Xác định nhiệt dung, độ phát xạ nhiệt độ tinh khiết mẫu rắn  DSC đo tượng chuyển pha: nóng chảy, kết tinh, thủy tinh hóa hay nhiệt phản ứng hóa học polymer 298 149 8/28/2021 Phân tích quyét nhiệt vi sai (DSC)  Đường cong kỹ thuật DSC 299 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)  Xác định khối lượng mẫu vật chất bị ( nhận vào) trình chuyển pha hàm nhiệt độ  Phép đo TGA nhằm xác định: • Khối lượng bị q trình chuyển pha • Khơi lượng bị theo thời gian theo nhiệt độ trình khử nước phân ly 300 150 8/28/2021 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)  Ứng dụng: - Bay hơi, huỷ cấu trúc, phân huỷ cácbonat, oxihoá sulphua, oxihoá florua, tái dyrat hố…Đó q trình tạo lên đứt gãy hình thành lên liên kết vật lý, hố học xảy mẫu chất - Xác định thành phần khối lượng chất có mặt mẫu - xác định thành phần độ ẩm, thành phần dung môi, chất phụ gia, loại vật liệu 301 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)  Thiệt bị Tương tự DTA + cảm biến khối lượng Cảm biến khối lượng: xác định khối lượng mẫu đo Bộ phận quan trọng, việc lựa chọn loại cân cho phù hợp với loại mẫu xem xét đến, loại lựa chọn dựa vào kết hợp kích thước mẫu, khối lượng mà vật liệu bị nhận được… • Sự thay đổi thành phần hóa học • Sự ổn định nhiệt • Thơng số động học cảu phản ứng hóa học 302 151 8/28/2021 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)  Xác định khối lượng mẫu vật chất bị ( nhận vào) trình chuyển pha hàm nhiệt độ 303 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)  Đường cong điển hình TGA-DTA TGA DTA 304 152 8/28/2021 Phân tích nhiệt (TMA)  TMA: Nhiệt độ điều khiển để gây biến đổi đặt lên mẫu tải trọng khơng đổi đo thay đổi hình dạng mẫu  Mẫu nhiệt nở TDL: Sự giãn nở co lại nhiệt mẫu đc đo hàm To  Mẫu áp tải trọng khơng đổi giúp kích thước mẫu ko thay đổi khoảng nhiệt độ đo 305 Phân tích nhiệt (TMA) 306 153 8/28/2021 307 Kẽm  T = 420oC – Nhiệt độ nóng chảy kẽm  T = 500oC – Đặc trưng q trình ơxi hóa, qt kéo dài đến 1000oC  QT xi hóa: khối lượng tang lên m Gipxit Al2O3.3H2O T = 270oC –Al2O3.2,75H2O + 0,25H2O T = 320oC –Al2O3.0,75H2O + 2,25H2O T = 540oC –Al2O3 + 0,5H2O Hiệu ứng nhiệt xảy 270,320,540oC, bay nước khỏi khoáng gipxit 308 154 8/28/2021 5.4 Xác đinh khối lượng riêng độ xốp 5.4.1 Tỷ trọng vật rắn: Tỷ vật rắn xác định phương pháp Acsimet: giảm trọng lượng vật rắn nước so với không khí lực đẩy Acsimet có độ lớn độ lớn lực Acsimet FA [N]: lực Acsimet Gkk, Gnc:[N] trọng lượng vật rắn khơng khí nước mkk, mnc [m]: khối lượng vật rắn không khí nước g [m/s2]: gia tốc trọng trường D [g/cm3]: khối lượng riêng = V[cm3]: thể tích nước bị chiếm chỗ 309 5.4 Xác đinh khối lượng riêng độ xốp 5.4.1 Tỷ trọng vật rắn: Tỷ trọng thực tế vật rắn 310 155 8/28/2021 5.4 Xác đinh khối lượng riêng độ xốp 5.4.2 Độ xốp vật rắn: Độ xốp tỉ lệ thể tích phần lỗ xốp (rỗng hay khoảng trống) nằm khối chất hay vật liệu so với tổng thể tích khối vật liệu  = Vx/V Trong đó: lt [g/cm3]: tỷ trọng lý thuyết vật rắn tt g/cm3]: tỷ trọng thực tế vật rắn 311 5.4 Xác đinh khối lượng riêng độ xốp 5.4.2 Độ xốp vật rắn: 312 156 ... 8/28/2021 5. 1 Phân tích hóa học Các giai đoạn tiến hành phân tích 1 95 5.1 Phân tích hóa học 196 98 8/28/2021 6 .5. 1 Phân tích hóahóa học: 5. 1 Phân tích học 197 5. 1 Phân tích hóa học 5. 1.1 Phân... 8/28/2021 So sánh OM-SEM-TEM 283 6.3.4 So sánh OM-SEM-TEM 284 142 8/28/2021 So sánh OM-SEM-TEM & XRD 2 85 5.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt Định nghĩa: PP phân tích mà tích chất vật lý, hóa học mẫu đo... tích: 191 191 5. 1 Phân tích hóa học Nghiên cứu phương pháp phân tích định tính định lượng thành phần hóa học chất - PT định tính: Trong mẫu PT có chất - PT định lượng: Hàm lượng chất có mẫu Khi