Phản ứng pha rắn

Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng pha rắn... ĐẶC ĐIỂM CỦA PHẢN ỨNG PHA RẮN• Thường xảy ra ở nhiệt độ cao • Điểm bắt đầu phản ứng tại những vị trí khuyết tật, sai lệch trên bề mặt • Tốc đ

Trang 1

Bài báo cáo môn học Hóa vô cơ nâng cao

Nhóm thực hiện : Nhóm 1

GVHD : TS Dương Bá Vũ

Trang 2

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

1. Khái niệm phản ứng pha rắn

2. Đặc điểm phản ứng pha rắn

3. Nhiệt động lực học và động học phản ứng pha rắn

4. Cơ chế phản ứng pha rắn

4.1 Quá trình tạo mầm 4.2 Quá trình tạo tinh thể sản phẩm 4.3 Một số mô hình phản ứng pha rắn

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng pha rắn

Trang 3

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

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

Trang 4

1 KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG PHA RẮN

Theo quan điểm hình học tinh thể

Phản ứng pha rắn là phản ứng được đặc trưng

bằng tương tác giữa chất rắn và chất rắn khi nung

khối nguyên liệu ở nhiệt độ cao Khi đó trong hệ

có thể xảy ra nhiều quá trình hóa lý phức tạp như

tạo thành khuyết tật trong mạng tinh thể, quá trình

chuyển pha, quá trình thiêu kết, tương tác hóa

học,

Trang 5

2 ĐẶC ĐIỂM CỦA PHẢN ỨNG PHA RẮN

• Thường xảy ra ở nhiệt độ cao

• Điểm bắt đầu phản ứng tại những vị trí khuyết tật, sai lệch trên bề mặt

• Tốc độ phản ứng tỉ lệ với bề mặt tiếp xúc chung

• Cùng một hệ tác chất, phản ứng có thể xảy ra theo

nhiều hướng khác nhau

• Nếu cấu trúc sản phẩm khác xa cấu trúc tác chất ban đầu thì phản ứng rất khó xảy ra mặt dù phản ứng thuận lợi về mặt nhiệt động lực học Lúc đó, quá trình thường xảy ra qua nhiều giai đoạn, sản phẩm trung gian có cấu trúc gần giống với cấu trúc của tác chất ban đầu

Trang 6

và sản phẩm

Nếu ∆HT > 0 (phản ứng chỉ có chất rắn nên bỏ

(Theo G Tamman)

Trang 7

→ hình thành liên kết mới trong sản phẩm

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

năng lượng để dịch chuyển

Trang 8

4 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG PHA RẮN

4.1 Quá trình tạo mầm

Trang 9

MgAl 2 O 4 , MgO : hệ lập phương gồm phân mạng anion

O2− gói gém chắc đặc theo kiểu lập phương tâm mặt

α-Al 2 O 3 : gồm phân mạng anion O2− gói ghém chắc đặc lục phương

→ Mầm sản phẩm hình thành thuận lợi hơn về phía MgO

Trang 10

Al 3+ trong mạng tinh thể α-Al2O3 và MgAl2O4 : số phối trí 6, nằm trong hốc bát diện của 6 anion O2−

Mg 2+ có số phối trí 6 trong mạng tinh thể MgO nhưng có

số phối trí 4 trong mạng tinh thể sản phẩm spinen MgAl2O4

→ tại biên giới giữa mặt tiếp xúc khi xảy ra phản ứng thì

•Mg2+ chuyển từ vị trí bát diện sang vị trí tứ diện

•Al3+ vào vị trí mới trong mầm tinh thể sản phẩm

•Phân mạng anion O2− của tinh thể α-Al2O3 có sự chuyển dịch từ kiểu gói ghém chắc đặc lục phương sang lập phương tâm mặt

Trang 11

Cấu trúc tinh thể của chất phản ứng và sản phẩm

- giống nhau: dễ tạo mầm

- khác nhau: khó tạo mầm

Pha nền và pha mầm có thông số mạng gần nhau

→ dễ tạo mầm(Nếu thông số mạng khác nhau thì phải nhỏ hơn 15%)

Trang 13

4.2 Quá trình tạo tinh thể sản phẩm

Mg2+ khuếch tán từ bề mặt tiếp xúc MgO/MgAl2O4 qua lớp sản phẩm để đi sang mặt tiếp xúc MgAl2O4/Al2O3 Còn Al3+ thì khuếch tán theo chiều ngược lại

Để bảo đảm tính trung hoà về điện, cứ 2 cation Al3+

khuếch tán sang trái thì phải có 3 cation Mg2+ khuếch tán sang phải

Mầm tinh thể → phát triển thành lớp tinh thể sản phẩm

→ có sự khuếch tán ngược

Trang 14

Trang 15

4MgO + 4Al2O3 → 4MgAl2O4

4.2 Quá trình tạo tinh thể sản phẩm

Trang 16

4.3 Một số mô hình phản ứng pha rắn

 Mô hình của Wagner & Smalsrid

VD: mô hình phản ứng tạo spinel

NiO+ Al 2 O 3 = NiAl 2 O 4

3Ni2+ và 2Al3+ khuếch tán ngược chiều nhau

Trên mặt biên giới NiO/NiAl2O4:

2Al 3+ + 4NiO → NiAl 2 O 4 + 3Ni 2+

Trên mặt biên giới Al2O3/NiAl2O4:

3Ni 2+ + 4Al 2 O 3 → 3NiAl 2 O 4 + 2Al 3+

Trang 18

 Mô hình phản ứng trao đổi

AX + BY = AY + BX

Mô hình Iosita : Sản phẩm tạo thành nằm giữa lớp tác

nhân phản ứng

→Tốc độ phản ứng chậm, sp chủ yếu do sự khuếch tán của các cation

Quá trình khuếch tán A+ trong BX và B+ trong AY gặp khó khăn

Trang 19

Mô hình Wagner : Quá trình phản ứng do khuếch tán

các cation riêng biệt Hệ phản ứng chỉ gồm 3 pha rắn

VD : AgCl + NaI = AgI + NaCl

Pb + 2AgCl = 2Ag + PbCl2

 Mô hình phản ứng trao đổi

AX + BY = AY + BX

Trang 20

5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN

PHẢN ỨNG PHA RẮN

1 Ảnh hưởng của cấu trúc tinh thể

Phản ứng pha rắn chịu ảnh hưởng của thành phần hóa học, thành phần pha và cấu trúc mạng tinh thể

Tinh thể ở trạng 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”→ tạo khuyết tật chiếm

ưu thế cho phản ứng

Trang 21

2 Ảnh hưởng của kích thước hạt

Nguyên liệu được nghiền nhỏ

Diện tích bề mặt riêng tăng → diện tích tiếp xúc giữa các hạt nguyên liệu tăng

Làm xuất hiện các khuyết tật ở bề mặt

Các phương pháp hoạt hóa chất rắn :

- Chế hóa nhiệt

- Thêm phụ gia vi lượng

- Thêm chất khoáng hóa

Trang 22

3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung

4 Ảnh hưởng của áp suất nén

5 Ảnh hưởng của môi trường

2 Ảnh hưởng của kích thước hạt

Trang 23

CÁM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN

ĐÃ LẮNG NGHE

@Kingsoft_Office

kingsoftstore

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	1,51 MB