HÓA lý SILICAT chuong2

Các giả thuyết về chất lỏng:Chất lỏng không sai sót – lỏng tinh thể Bernal  Pha lỏng và pha tinh thể tương ứng có cùng cấu trúc  Sự chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng khô

NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH

• Silicat ở trạng thái tinh thể

Chương 2 ( 4 tiết)

CÁC SILICAT Ở TRẠNG THÁI VÔ ĐỊNH HÌNH

2.1 Silicat ở trạng thái lỏng 2.2 C ác silicat ở trạng thái thủy tinh 2.3 Các giả thuyết về cấu trúc thủy tinh 2.4 Xu hướng kết tinh từ pha thủy tinh

Các giả thuyết về chất lỏng:

Chất lỏng không sai sót – lỏng tinh thể ( Bernal)

 Pha lỏng và pha tinh thể tương ứng có cùng cấu trúc

 Sự chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng không làm đứt liên kết, cấu trúc không biến dạng, chỉ sai khác không đáng kể về hình học.

 Trong chất lỏng không có sai sót cấu trúc so với tinh thể.

 Chất lỏng silicat thuộc về loại này

2.1 SILICAT Ở TRẠNG

THÁI LỎNG

Chất lỏng có hướng – lỏng vi tinh ( stuwart):

Cấu trúc hoàn toàn không giống tinh thể điều chế ra.

Độ bền liên kết trong phân tử lớn nhưng giữa các phân tử yếu.

Các phân tử chất lỏng có khả năng định hướng đặc trưng.

Đặc trưng : Chất lỏng từ Se, B 2 O 3

2.1 SILICAT Ở TRẠNG

THÁI LỎNG

Các giả thuyết về chất lỏng:

Chất lỏng không trật tự - giả tinh thể (Frenkel)

Tạo thành từ các ion tích tụ

Cấu trúc luôn biến đổi

Các sai sót: liên kết bị đứt, lỗ xốp, bọt khí Nhiệt độ biến đổi  sai sót tích tụ nhanh

Đặc trưng: Các chất lỏng từ kim loại, clorit và nitrat ( NaCl, NaNO 3 )

Chất lỏng này khi làm nguội không tạo thủy tinh

2.1 SILICAT Ở TRẠNG

THÁI LỎNG

Các giả thuyết về chất lỏng:

Các tứ diện [SiO 4 ] 4- vẫn tồn tại, liên kết tứ diện tạo nên phức chất, phụ thuộc tỉ lệ Si:O.

Kiểu cấu trúc: Chuỗi, lớp, vòng, khung

Khả năng tạo phức của cation không đều  sự tích

tụ khác nhau, phân lớp trong chất lỏng ( hiện tượng thiên tích)

2.1 SILICAT Ở TRẠNG

THÁI LỎNG

Cấu trúc chất lỏng silicat:

Khi làm nguội:

silicat ở trạng thái

lỏngrắn, độ nhớt, độ bền

tăng dần theo quá trình.

2.2 CÁC SILICAT Ở TRẠNG THÁI THỦY TINH

Thủy tinh:

 Tứ diện [SiO 4 ] 4-

tồn tại không trật

tự trong chất rắn ( vô định hình).

 Dạng giả bền, có

xu hướng thành dạng tinh thể tương ứng.

Làm nguội nhanh thủy tinh Làm nguội chậm  tinh thể

Làm nguội nhanh thủy tinh Làm nguội chậm  tinh thể

2.3 CÁC GIẢ THUYẾT VỀ CẤU TRÚC THỦY

Thủy tinh silicat là tập hợp các vi tinh thể, chủ yếu là vi tinh thể thạch anh

Chiết suất thủy tinh SiO 2 đột biến trong khoảng 520600 0 C, tương ứng biến đổi

• Theo khả năng tạo thủy tinh, chia ba nhóm:

- Nhóm cation tạo thủy tinh : Si4+, B3+, P5+

- Nhóm cation biến tính: Ca2+, Mg2+, Na+,

Mô hình thủy tinh với những

vùng cấu trúc khác biệt

Vùng tạo mạng

lưới thủy tinh

Ion biến tính

Thủy tinh: độ nhớt biến đổi theo nhiệt độ, dễ tạo thành sợi do tính định hướng của mạch cao phân tử dọc theo trục sợi, thể hiện tính lưỡng chiết… Thủy tinh là polyme vô cơ

2.3.2 Giả thiết cấu trúc polymer của thủy tinh

Tương tự polyme, hai nhóm tính chất :

-Nhóm t/c phụ thuộc mạch polyme: độ dài và độ

bền của cấu trúc sợi, tính lưỡng chiết, không có điểm nóng chảy cố định mà có khoảng biến

mềm khi chuyển trạng thái rắn - lỏng , khi chảy tạo hỗn hợp lỏng có độ nhớt cao

-Nhóm t/c phụ thuộc ion biến tính Do l.k với

khung yếu nên ion biến tính có độ linh động cao hơn, ảnh hưởng nhạy hơn tới tính dẫn điện, độ bền hóa và độ bền cơ

2.3.2 Giả thiết cấu trúc polymer của thủy tinh

Polymer vô định hình và polymer tinh thể

Thủy tinh có cấu trúc mạng lưới không gian

như tinh thể , nhưng không đối xứng, khơng tuần hoàn

Các ion tạo thủy tinh nằm ở tâm tứ diện phối

trí, các cation biến tính phân bố thống kê giữa những lỗ rỗng của các đa diện phối trí.

2.3.3 Giả thiết mạng lưới liên tục khơng trật tự

Mô hình SiO2 tinh thể, thủy tinh

và thủy tinh SiO2-CaO-Na2O

a) Tinh thể SiO 2 ; b) Thủy tinh SiO 2 ; c) Thủy tinh SiO 2 –CaO-Na 2 O

: Na+: Ca2+

2.4 XU HƯỚNG KẾT TINH TỪ PHA THỦY TINH

2.4.1

• Tạo mầm và phát triển mầm

2.4.2

• Sự phát triển tinh thể và kết tinh có điều khiển

Với các oxit, khả năng tạo thủy tinh ph ụ thu c kích thước ion và số phối trí các ion ộc kích thước ion và số phối trí các ion.

Chất lỏng kiểu Bernal dễ tạo thủy tinh bền

Chất lỏng kiểu Stuwart cĩ thể tạo thủy tinh

Chất lỏng kiểu Frenkel khơng tạo thủy tinh, chúng dễ kết tinh

2.4 XU HƯỚNG KẾT TINH TỪ PHA THỦY

TINH

Phát triển mầm:

Bước phát triển thành một tinh thể thực thụ ( không tự phân rã).

Các nguyên tử hoặc phân tử hình thành ngẫu nhiên

Coi tinh thể mới hình cầu và có bán kính r

Các nguyên tử hoặc phân tử hình thành ngẫu nhiên

Coi tinh thể mới hình cầu và có bán kính r

Tinh thể phát triển từ bề mặt bình chứa, hoặc các tạp chất dạng tinh thể sẽ tạo bề mặt dị thể Thúc đẩy quá trình tạo mầm nhanh chóng.

Thuận lợi hơn đồng thể về mặt năng lượng, các mầm nhanh chóng phát triển vượt kích thước chuẩn để phát triển thành tinh thể mới

2.4.1 Tạo mầm và

phát triển mầm Kết tinh dị thể

2.4.2 Sự phát triển tinh thể và kết

tinh có điều khiển

Để tạo sản phẩm kết tinh theo yêu cầu kỹ thuật điều khiển quá trình kết tinh

- Sản phẩm ở dạng đa tinh thể ( gốm thủy

tinh, men kết tinh)

Gốm thủy tinh Men kết tinh

đất

2.4.2 Sự phát triển tinh thể và kết

tinh có điều khiển

Các sản phẩm từ kết tinh có điều khiển

Vật liệu đa tinh thể, kết tinh toàn khối

Kết tinh có điều khiển từ pha thủy tinh

Hạt mịn, hầu như không lỗ xốp  bền cơ cao

Gốm thủy

tinh

Chế độ điều khiển kết tinh tiến hành theo 2 phương pháp:

o Phương pháp hai gia đoạn:

- Lưu nhiệt tạo số mầm cực đại

- Lưu nhiệt tăng tốc độ phát triển tinh

thể cực đại.

o Phương pháp một giai đoạn: Chọn nhiệt

độ tối ưu rồi lưu ở nhiệt độ này.

Gốm thủy

tinh

- Là loại men đặc biệt

- Hoa văn trang trí men là các tinh thể kết

tinh từ pha thủy tinh của men cơ sở.

- Kết tinh từng phần, tạo hoa văn trang trí

Men kết tinh

Cấu tử tạo tinh thể: ZnO, TiO 2 , MgO

+ZnO: Cho tinh thể lớn, kéo dài khoảng biến mềm, giúp tinh thể kết tinh thuận lợi.

+ MgO: Kích thước tinh thể lớn

+ TiO 2 : Có kích thước nhỏ hơn, hình kim.

+ ZnO, TiO 2  Pha tinh thể willemite

ZnO, MgOPha tinh thể là zincite (Zn, Mg)O

Men kết tinh

Tăng cường quá trình kết tinh  sử dụng chất

khoáng hóa: TiO 2 , ZrO 2 , NaF, P 2 O 5 , ZnO,

Ag, Au, Cu, Pt

Tăng cường hiệu quả trang trí, dùng oxit màu như: CoO, NiO, CuO, V 2 O 5 , Fe 2 O 3

Men kết tinh

Men kết tinh

Tinh thể thực quan sát từ cỡ nm  10μmm

Sau đó kết tinh theo những hướng khác nhau tạo đa tinh thể  Cần điều khiển kết tinh tạo đơn tinh thể.

Phương pháp:

- Kỹ thuật nuôi đơn tinh thể

- Kỹ thuật kết tinh nổi từ pha lỏng

- Phương pháp nóng chảy vùng

Đơn tinh thể

Thủy tinh alumino silicat tổng hợp ở nhiệt

Chúng có khả năng kết dính với nhau và kết dính với các vật liệu thủy tinh, gốm và kim loại( VL vô định hình)

Là loại vật liệu tạo xu hướng sử dụng như chất kết dính vô cơ

Thân thiện với môi trường, không thải CO 2 vào khí quyển

Thủy tinh hóa đất