I: cordierite (2MgỌ2Al 2O3.5SiO2)
1.3.1. Giai đoạn tạo mầm tinh thể sản phẩm
Để làm sáng tỏ cơ chế phản ứng giữa các pha rắn, chúng tôi xét ví dụ phản ứng tổng hợp spinel MgAl2O4 từ MgO và α-Al2O3:
MgO + α-Al2O3 = MgAl2O4 ∆G0298 = -36,42 (kJ/mol) (1.19) Về ph−ơng diện nhiệt động học, phản ứng (1.19) xảy ra ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên trong thực tế, khi nghiền mịn hỗn hợp MgO và α-Al2O3, nén mẫu d−ới áp suất cao rồi nung đến 1200oC thì phản ứng mới bắt đầu xảy ra trên bề mặt tiếp xúc của 2 pha MgO/α-Al2O3. Sự hình thành lớp sản phẩm nh− vậy đ−ợc gọi là quá trình tạo mầm tinh thể. Quá trình tạo mầm tinh thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó cấu trúc tinh thể của chất tham gia và của sản phẩm là yếu tố đóng vai trò quan trọng nhất. Tinh thể MgO thuộc hệ lập ph−ơng, ion Mg2+ có số phối trí 6 nằm ở hốc bát diện. Tinh thể α-Al2O3 thuộc hệ lục ph−ơng, ion Al3+ có số phối trí 6 nằm ở hốc bát diện. Trong khi đó tinh thể spinel MgAl2O4 thuộc hệ lập ph−ơng. Các ion Mg2+ có số phối trí 4 nằm ở hốc hốc tứ diện, ion Al3+ có số phối
trí 6 nằm ở hốc bát diện. Nh− vậy, tại biên giới tiếp xúc giữa các pha α-Al2O3 và MgO, khi phản ứng xảy ra thì cation Mg2+ sẽ chuyển từ số phối trí 6 sang số phối trí 4 và phân mạng anion O2- của tinh thể α-Al2O3 có sự dịch chuyển từ dạng lục ph−ơng sang dạng lập ph−ơng. Để quá trình tạo mầm xảy ra đòi hỏi phải phá vỡ một số liên kết cũ trong các chất tham gia phản ứng, từ đó hình thành nên các liên kết mới của sản phẩm. Điều này chỉ có thể xảy ra khi có sự phân bố lại các ion ở bề mặt tiếp xúc. Do phân mạng anion của spinel MgAl2O4 giống với MgO, nên sự hình thành mầm tinh thể sản phẩm thuận lợi hơn về phía mặt tinh thể MgỌ Một yếu tố đóng vai trò quan trọng đối với quá trình tạo mầm sản phẩm là nhiệt độ nung. Bởi lẽ sự phá đứt liên kết cũ và hình thành liên kết mới cũng nh−
sự dịch chuyển của các cation chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ cao, vì lúc đó các cation mới có đủ năng l−ợng để dịch chuyển.