HÓA lý SILICAT chuong2

HĨA HỌC VÀ HĨA LÝ SILICAT Hồ Thị Ngọc Sương NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH Chương • Silicat trạng thái tinh thể Chương • Các silicat trạng thái vơ định hình Chương • Các silicat trạng thái phân tán cao Chương • Cơ sở lý thuyết q trình nhiệt độ cao Chương • Biểu đồ pha hệ cấu tử Chương • Biểu đồ pha hệ hai cấu tử Chương ( tiết) CÁC SILICAT Ở TRẠNG THÁI VƠ ĐỊNH HÌNH 2.1 Silicat trạng thái lỏng 2.2 Các silicat trạng thái thủy tinh 2.3 Các giả thuyết cấu trúc thủy tinh 2.4 Xu hướng kết tinh từ pha thủy tinh 2.1 SILICAT Ở TRẠNG THÁI LỎNG  Các giả thuyết chất lỏng:  Chất lỏng khơng sai sót – lỏng tinh thể ( Bernal)  Pha lỏng pha tinh thể tương ứng có cấu trúc  Sự chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng khơng làm đứt liên kết, cấu trúc khơng biến dạng, sai khác khơng đáng kể hình học  Trong chất lỏng khơng có sai sót cấu trúc so với tinh thể  Chất lỏng silicat thuộc loại 2.1 SILICAT Ở TRẠNG THÁI LỎNG  Các giả thuyết chất lỏng: Chất lỏng có hướng – lỏng vi tinh ( stuwart):  Cấu trúc hồn tồn khơng giống tinh thể điều chế  Độ bền liên kết phân tử lớn phân tử yếu  Các phân tử chất lỏng có khả định hướng đặc trưng  Đặc trưng : Chất lỏng từ Se, B2O3 2.1 SILICAT Ở TRẠNG THÁI LỎNG  Các giả thuyết chất lỏng: Chất lỏng khơng trật tự - giả tinh thể (Frenkel)  Tạo thành từ ion tích tụ  Cấu trúc ln 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 nitrat ( NaCl, NaNO3)  Chất lỏng làm nguội khơng tạo thủy tinh 2.1 SILICAT Ở TRẠNG THÁI LỎNG Cấu trúc chất lỏng silicat:  Các tứ diện [SiO4]4- tồn tại, liên kết tứ diện tạo nên phức chất, phụ thuộc tỉ lệ Si:O  Kiểu cấu trúc: Chuỗi, lớp, vòng, khung  Khả tạo phức cation khơng  tích tụ khác nhau, phân lớp chất lỏng ( tượng thiên tích) 2.2 CÁC SILICAT Ở TRẠNG THÁI THỦY TINH  Khi làm nguội: silicat trạng thái lỏngrắn, độ nhớt, độ bền tăng dần theo q trình  Khi nung làm nguội: Tính chất biến đổi dần  Khoảng nhiệt độ biến đổi dần tính chất: Khoảng biến mềm  Thủy tinh:  Tứ diện [SiO4]4tồn khơng trật tự chất rắn ( vơ định hình)  Dạng giả bền, có xu hướng thành dạng tinh thể tương ứng  Q trình: Lỏng  Thủy tinh Làm nguội nhanh thủy tinh Làm nguội chậm  tinh thể Ngi chậm: phần tử đủ thời gian xếp trật tự Nguội nhanh: phần tử khơng đủ thời gia xếp, tạo thủy tinh 2.4 XU HƯỚNG KẾT TINH TỪ PHA THỦY TINH  Với oxit, khả tạo thủy tinh phụ thuộc kích thước ion số phối trí ion  Chất lỏng kiểu Bernal dễ tạo thủy tinh bền  Chất lỏng kiểu Stuwart tạo thủy tinh  Chất lỏng kiểu Frenkel khơng tạo thủy tinh, chúng dễ kết tinh 2.4.1 Tạo mầm phát triển mầm Q trình kết tinh chia làm hai giai đoạn: tạo mầm phát triển mầm Tạo mầm: Phát triển mầm: Bước tạo Bước phát triển tinh thể thành tinh thể thực thụ ( khơng tự phân rã) 2.4.1 Tạo mầm phát triển mầm Kết tinh đồng thể  Các ngun tử phân tử hình thành ngẫu nhiên  Coi tinh thể hình cầu có bán kính r  r* kích thước chuẩn  Nếu r< r* : Chỉ mầm tinh thể, khơng phát triển thành tinh thể  Nếu r> r*: thuận lợi lượng để phát triển thành tinh thể thực, gọi tâm kết tinh  Q trình kết tinh tự nhiên: tạo đa tinh thể tinh thể dạng 2.4.1 Tạo mầm phát triển mầm Kết tinh dị thể  Tinh thể phát triển từ bề mặt bình chứa, tạp chất dạng tinh thể tạo bề mặt dị thể Thúc đẩy q trình tạo mầm nhanh chóng  Thuận lợi đồng thể mặt lượng, mầm nhanh chóng phát triển vượt kích thước chuẩn để phát triển thành tinh thể 2.4.2 Sự phát triển tinh thể kết tinh có điều khiển  Để tạo sản phẩm kết tinh theo u cầu kỹ thuật điều khiển q trình kết tinh - Sản phẩm dạng đa tinh thể ( gốm thủy tinh, men kết tinh) - Sản phẩm đơn tinh thể  u cầu: - Cần thành phần hóa phù hợp - Thiết bị đặc biệt bảo đảm chế độ phù hợp 2.4.2 Sự phát triển tinh thể kết tinh có điều khiển Các sản phẩm từ kết tinh có điều khiển Gốm thủy tinh Men kết tinh Đơn tinh thể Thủy tinh hóa đất Gốm thủy tinh  Vật liệu đa tinh thể, kết tinh tồn khối  Kết tinh có điều khiển từ pha thủy tinh  Hạt mịn, khơng lỗ xốp  bền cao Gốm thủy tinh  Chế độ điều khiển kết tinh tiến hành theo 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 giai đoạn: Chọn nhiệt độ tối ưu lưu nhiệt độ Men kết tinh Men: - Là lớp thủy tinh mỏng (0,3 -0,4mm) phủ bề mặt gốm sứ - Mục đích bảo vệ trang trí sản phẩm Men kết tinh: - Là loại men đặc biệt - Hoa văn trang trí men tinh thể kết tinh từ pha thủy tinh men sở - Kết tinh phần, tạo hoa văn trang trí Men kết tinh  Cấu tử tạo tinh thể: ZnO, TiO2 , MgO +ZnO: Cho tinh thể lớn, kéo dài khoảng biến mềm, giúp tinh thể kết tinh thuận lợi + MgO: Kích thước tinh thể lớn + TiO2: Có kích thước nhỏ hơn, hình kim + ZnO, TiO2  Pha tinh thể willemite ZnO, MgOPha tinh thể zincite (Zn, Mg)O Men kết tinh  Tăng cường q trình kết tinh  sử dụng chất khống hóa: TiO2, ZrO2, NaF, P2O5, ZnO, Ag, Au, Cu, Pt  Tăng cường hiệu trang trí, dùng oxit màu như: CoO, NiO, CuO, V2O5, Fe2O3 Men kết tinh Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level Đơn tinh thể  Tinh thể thực quan sát từ cỡ nm  10μm  Sau kết tinh theo hướng khác tạo đa tinh thể  Cần điều khiển kết tinh tạo đơn tinh thể  Phương pháp: - Kỹ thuật ni đơn tinh thể - Kỹ thuật kết tinh từ pha lỏng - Phương pháp nóng chảy vùng Thủy tinh hóa đất  Thủy tinh alumino silicat tổng hợp nhiệt độ thấp  Vât liệu tạo thành nhanh  Độ bền thấp  Là loại vật liệu xốp, cấu trúc vơ định hình với vi tinh thể khoảng – nm Thủy tinh hóa đất  Chúng có khả kết dính với kết dính với vật liệu thủy tinh, gốm kim loại( VL vơ định hình)  Là loại vật liệu tạo xu hướng sử dụng chất kết dính vơ  Thân thiện với mơi trường, khơng thải CO2 vào khí [...]... - Kỹ thuật ni đơn tinh thể - Kỹ thuật kết tinh nổi từ pha lỏng - Phương pháp nóng chảy vùng Thủy tinh hóa đất  Thủy tinh alumino silicat tổng hợp ở nhiệt độ thấp  Vât liệu tạo thành nhanh  Độ bền cơ thấp  Là loại vật liệu xốp, cấu trúc vơ định hình với những vi tinh thể khoảng 5 – 6 nm Thủy tinh hóa đất  Chúng có khả năng kết dính với nhau và kết dính với các vật liệu thủy tinh, gốm và kim loại(... tinh thể ( gốm thủy tinh, men kết tinh) - Sản phẩm có thể là đơn tinh thể  u cầu: - Cần thành phần hóa phù hợp - Thiết bị đặc biệt bảo đảm chế độ phù hợp 2.4.2 Sự phát triển tinh thể và kết tinh có điều khiển Các sản phẩm từ kết tinh có điều khiển Gốm thủy tinh Men kết tinh Đơn tinh thể Thủy tinh hóa đất Gốm thủy tinh  Vật liệu đa tinh thể, kết tinh tồn khối  Kết tinh có điều khiển từ pha thủy... 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 Polymer vơ định hình và polymer tinh thể 2.3.3 Giả thiết mạng lưới liên tục khơng trật tự  Thủy tinh có cấu trúc mạng lưới không gian như tinh thể, nhưng không đối xứng, khơng tuần hoàn... VỀ CẤU TRÚC THỦY TINH 2.3.1 • Giả thiết cấu trúc vi tinh • Giả thiết cấu trúc polymer của thủy tinh 2.3.2 • Giả thiết mạng lưới liên tục khơng trật tự 2.3.3 2.3.1 Giả thiết cấu trúc vi tinh  Thủy tinh silicat là tập hợp các vi tinh thể, chủ yếu là vi tinh thể thạch anh  Chiết suất thủy tinh SiO2 đột biến trong khoảng 520÷6000C, tương ứng biến đổi β - quắc α - quắc  Có trật tự gần (miền trật tự rất... thước tinh thể lớn + TiO2: Có kích thước nhỏ hơn, hình kim + ZnO, TiO2  Pha tinh thể willemite ZnO, MgOPha tinh thể là zincite (Zn, Mg)O Men kết tinh  Tăng cường q trình kết tinh  sử dụng chất khống hóa: TiO2, ZrO2, NaF, P2O5, ZnO, Ag, Au, Cu, Pt  Tăng cường hiệu quả trang trí, dùng oxit màu như: CoO, NiO, CuO, V2O5, Fe2O3 Men kết tinh Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth... tạo thủy tinh, chia ba nhóm: - Nhóm cation tạo thủy tinh: Si4+, B3+, P5+ - Nhóm cation biến tính: Ca2+, Mg2+, Na+, K+ - Nhóm cation trung gian, tạo thủy tinh hoặc biến tính tùy điều kiện (thành phần hóa, loại thủy tinh cơ sở ): Al3+, Ti4+, Pb2+ Mơ hình thủy tinh với những vùng cấu trúc khác biệt Ion biến tính Vùng tạo mạng lưới thủy tinh 2.3.2 Giả thiết cấu trúc polymer của thủy tinh  Thủy tinh: