PHẢN ỨNG PHA RẮN pot

Khái niệm phản ứng pha rắn Một số loại phản ứng có sự tham gia của chất rắn bao gồm phản ứng biến đổi đa hình, biến đổi cấu trúc, kết khối A rắn + B rắn, lỏng, khí Æ AB rắn AB rắn + CD r

CHƯƠNG 3 – PHẢN ỨNG PHA RẮN

2 Nhiệt động học của các phản ứng pha rắn.

3 Cơ chế của phản ứng pha rắn

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng hóa học pha rắn

5 Quá trình kết tinh từ pha rắn

6 Quá trình tái kết tinh

1 Khái niệm phản ứng pha rắn.

PHẢN ỨNG HÓA HỌC PHA RẮN

1 Khái niệm phản ứng pha rắn

Một số loại phản ứng có sự tham gia của chất rắn

(bao gồm phản ứng biến đổi đa hình, biến đổi cấu

trúc, kết khối)

A rắn + B rắn, lỏng, khí Æ AB rắn

AB rắn + CD rắn Æ AD rắn + BC rắn

AB rắn + C rắn Æ AC rắn + B k

A rắn Æ B rắn + C khí

Chương này chỉ xét các phản ứng chỉ có pha rắn không có

sự tham gia của các pha khác

PHẢN ỨNG HÓA HỌC PHA RẮN

Chất rắn A + chất rắn B Æ sản phẩm rắn C

Rắn A Æ Rắn B

Chú ý: Về mặt nhiệt động học : phản ứng xảy ra

Về mặt động học : tốc độ phản ứng ở nhiệt độ thường rất thấp Æ Đến khi đạt nhiệt độ cao nhất

định: hình thành lớp sản phẩm mỏng ở chỗ tiếp xúc

hai pha.Æ quá trình tạo mầm

Æ Phản ứng chỉ xảy ra ở bề mặt tiếp xúc hai pha.

Thảo luận

1 Nhiệt động học của phản ứng pha rắn

2 Cơ chế của phản ứng pha rắn : tạo mầm và phát triển tinh thể sản phẩm

3 Đặc điểm phản ứng pha rắn.

CƠ CHẾ PHẢN ỨNG PHA RẮN

Phản ứng chỉ xảy ra tại bề mặt tiếp xúc giữa hai pha

1 Quá trình tạo mầm

Đứt các liên kết cũ trong chất phản ứng

Æ hình thành liên kết mới trong sản phẩm

Æ Phản ứng chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao: các ion mới đủ

năng lượng để dịch chuyển

Phản ứng MgO + Al 2 O 3 Æ MgAl 2 O 4

Quá trình tạo mầm phụ thuộc:

Cấu trúc tinh thể của chất phản ứng và sản phẩm

- giống nhau: dễ tạo mầm

- khác nhau: khó tạo mầm

Pha cũ và pha mới (sản phẩm) có thông số mạng gần nhau Æ dễ tạo mầm

(Æ Thông số mạng khác nhau nhỏ hơn 15%)

a Bề mặt kết hợp

b Bề mặt bán kết hợp (xê dịch)

c Bề mặt không kết hợp.

Hình - Tạo mầm trong pha rắn

2.Quá trình phát triển tinh thể sản phẩm

Khi đã có một lớp mầm tinh thể Æ phát triển lớp

tinh thể.

ÆĐể có sự phát triển tinh thể : phải có sự khuếch tán ngược chiều của các ion qua lớp sản phẩm

ÆXảy ra phản ứng hóa học

Chất phản ứng là khối cầu

Quá trình lớn dần chất sản phẩm

Phản ứng MgO + Al 2 O 3 Æ MgAl 2 O 4

Kết luận:

Phản ứng pha rắn có thể xảy ra theo 2 cơ chế:

-Cơ chế động học: giai đoạn phản ứng là giai đoạn chậm nhất

-Cơ chế khuếch tán: giai đoạn khuếch tán chậm

nhấT

ÆTùy thuộc nhiệt độ mà phản ứng có thể xảy ra

theo cơ chế động học hay cơ chế khuếch tán.

(khảo sát bằng thực nghiệm)

CHUẨN BN

2.Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng pha rắn:

+ Ảnh hưởng của chất phản ứng:

- trạng thái “hoạt động”

- các phương pháp hoạt hóa chất rắn

- Vai trò của chất khoáng hóa.

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ

+ Ảnh hưởng của áp suất

+ Ảnh hưởng của môi trường khí

1.Quá trình tái kết tinh

QUÁ TRÌNH TÁI KẾT TINH

Khái niệm: hình thành và lớn lên của tinh thể mới ít

khuyết tật và có định hướng tối ưu trong chất rắn bị biến dạng dẻo.

Tinh thể biến dạng có năng lượng cao Æ xu hướng

sắp xếp lại trật tự

Tạo mầm:

-T 0 tái kết tinh : xuất hiện mầm tinh thể mới

T 0 TKT = a T 0

nc

- Tâm kết tinh xuất hiện ở biên giới của các hạt bị biến dạng (biến dạng càng cao Æ tâm kết tinh ↑)

Phát triển tinh thể:

-Mầm tinh thể lớn lên: nguyên tử chuyển dịch từ vùng biến dạng Æ vùng hoàn thiện

ÆMột số hạt dần nhỏ mất đi, một số hạt lớn lên.

ÆKết tinh lại lần thứ nhất: thay thế tinh thể biến

dạng bằng tinh thể mới

ÆKết tinh lại lần hai: tăng nhiệt độ hay thời gian

nung các tinh thể mới lớn lên

a Tinh thể biến dạng b.Tạo mầm

c Kết tinh lại lần thứ nhất d,e Kết tinh lại lần hai

Quá trình tái kết tinh

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHẢN ỨNG PHA

RẮN

1 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẤT PHẢN ỨNG

-Phản ứng pha rắn chịu ảnh hưởng của thành phần

hóa học, thành phần pha và khuyết tật trong tinh thể.

Æ Trang thái “hoạt động”: tinh thể có khuyết tật

không cân bằng (lệch mạng, nứt rạn…)

Trước khi phản ứng : hoạt hóa chất rắn tham gia thành trạng thái “hoạt động” Æ tạo khuyết tật

Các phương pháp hoạt hóa chất rắn

-Chế hóa nhiệt:

- Thêm phụ gia vi lượng:

-Phương pháp cơ học: nghiền hay phương pháp phân tán

CHẤT KHOÁNG HÓA

Chất khoáng hóa làm thay đổi làm thay đổi chiều hướng

và cường độ của phản ứng, thay đổi tính chất sản phẩm

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT