無機(jī)合成與制備化學(xué) 期末復(fù)習(xí)材料

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1、高溫合成在高溫的條件下，反應(yīng)物分子易于擴(kuò)散，在擴(kuò)散的過程中形成新相，新的物質(zhì)或新材料，此過程稱為高溫合成。在高溫的條件下，反應(yīng)物分子易于擴(kuò)散，在擴(kuò)散的過程中形成晶核，晶核不斷生長，形成新的物質(zhì)或新材料，此過程稱為高溫固相合成。該反應(yīng)在熱力學(xué)上是完全可以進(jìn)行的，但在實(shí)際中，該反應(yīng)需要很高的溫度條件下才能進(jìn)行，而且進(jìn)行的非常緩慢，在1200°C下，幾乎不反應(yīng)，而在1500°C下，也要需要幾天反應(yīng)才能完成。在一定的高溫條件下，MgO與Al203的晶粒界面間將產(chǎn)生反應(yīng)而生成產(chǎn)物尖晶石型MgAl204層。這種反應(yīng)的第一階段將是在晶粒界面上或界面鄰近的反應(yīng)物晶格中生成MgAl204

2、晶核，實(shí)現(xiàn)這步是相當(dāng)困難的，因?yàn)樯傻木Ш伺c反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)不同。因此，成核反應(yīng)需要通過反應(yīng)物界面結(jié)構(gòu)的重新排列，其中包括結(jié)構(gòu)中陰、陽離子鍵的斷裂和重新結(jié)合，MgO和Al203晶格中Mg2+和Al3+離子的脫出、擴(kuò)散和進(jìn)入缺位。高溫下有利于這些過程的進(jìn)行，有利于晶核的生成。同樣，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在晶核上的晶體生長也有相當(dāng)?shù)睦щy。因?yàn)閷υ现械腗g2+和Al3+來講，則需要橫跨兩個界面的擴(kuò)散才有可能在核上發(fā)生晶體生長反應(yīng)，并使原料界面間的產(chǎn)物層加厚。因此很明顯地可以看到，決定此反應(yīng)的控制步驟應(yīng)該是晶格中Mg2+和A13+離子的擴(kuò)散，而升高溫度是有利于晶格中離子擴(kuò)散的，因而明顯有利于

3、促進(jìn)反應(yīng)。另一方而，隨著反應(yīng)物層厚度的增加，反應(yīng)速率是會隨之而減慢的。曾經(jīng)有人詳細(xì)地研究過另一種尖晶石型NiAl2O4的固相反應(yīng)動力學(xué)關(guān)系，也發(fā)現(xiàn)陽離子Ni2+、A13+通過NiAl2O4產(chǎn)物層的內(nèi)擴(kuò)散是反應(yīng)的控制步驟。綜上所述，可以得出影響這類固相反應(yīng)速率的主要應(yīng)有下列三個因素：(a)反應(yīng)物固體的表面積和反應(yīng)物間的接觸面積；(b)生成物相的成核速度；(c)相界面間特別是通過生成物相層的離子擴(kuò)散速度。46頁有個具體的例子用于化學(xué)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的裝置樣式很多，它們將根據(jù)具體的反應(yīng)條件設(shè)計(jì)。對于固體物在一個溫度梯度下的轉(zhuǎn)移反應(yīng)，可用圖2—8所示的裝置來表示。這是一種理想化的流動裝

4、置。A是固態(tài)物質(zhì)，氣體B通過與A進(jìn)行反應(yīng)，生成氣態(tài)物質(zhì)C，C和B擴(kuò)散到管子的另一個溫度(T2)區(qū)經(jīng)分解后，固體物質(zhì)A又沉積下來。書上40頁的例子：寫個方程式，解釋一下原理。利用自身放出的熱量就可以完成整個SHS反應(yīng)。光學(xué)高溫計(jì)是利用受熱物體的單波輻射強(qiáng)度(即物體的單色亮度)隨溫度升高而增加的原理來進(jìn)行高溫測量的。金屬還原法也叫金屬熱還原法。就是用一種金屬還原金屬合化物(氧化物、鹵化物)的方法還原的條件就是這種金屬對非金屬的親和力要比被還原的金屬大。所謂化學(xué)轉(zhuǎn)移反應(yīng)是一種固體或液體物質(zhì)A在一定的溫度下與一種氣體B反應(yīng)，形成氣相產(chǎn)物，這個氣相反應(yīng)產(chǎn)物在體系的不同溫度部分又發(fā)

5、生逆反應(yīng)，結(jié)果重新得到A。溶膠－凝膠法就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。自蔓延高溫合成制備材料指利用原料反應(yīng)本身所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行材料制備。熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時，當(dāng)兩接合點(diǎn)熱電偶溫度不同時，就會在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時，顯示儀表將會指示出熱電偶產(chǎn)

6、生的熱電勢所對應(yīng)的溫度值。溫度升高，膨脹系數(shù)變大，回路接通，溫度降低，膨脹系數(shù)變小，回路斷開。電阻爐是利用電流使?fàn)t內(nèi)電熱元件或加熱介質(zhì)發(fā)熱，從而對工件或物料加熱的工業(yè)爐。感應(yīng)爐的主要部件就是一個載有交流電的螺旋形線圈，在交變電磁場作用下，物料內(nèi)部產(chǎn)生渦流從而達(dá)到加熱或著融化的效果。電弧爐由直流發(fā)電機(jī)或整流器供應(yīng)電流，電極與爐料之間形成電弧，已達(dá)到加熱的目的。電阻高溫蒸發(fā)將待蒸發(fā)或升華的金屬置于用電阻絲加熱的難熔氧化物坩堝中或直接置于電熱絲上，在高真空或惰性氣氛下蒸發(fā)或升華。電弧蒸發(fā)電極之間形成穩(wěn)定的電弧，可產(chǎn)生激發(fā)態(tài)金屬原子，以利于進(jìn)一步反應(yīng)。電子轟擊法電子束經(jīng)靜電或磁

7、場聚焦后，一般易于達(dá)到10W／mm2級能量密度，這足使任何物質(zhì)快速蒸發(fā)或升華。了解一下書上的各種溫度范圍，以及各種爐下的發(fā)熱體。低熱固相合成化學(xué)為了得到介穩(wěn)態(tài)固相反應(yīng)產(chǎn)物，擴(kuò)大材料的選擇范圍，有必要降低固相反應(yīng)溫度。在低溫的條件下，反應(yīng)物分子先擴(kuò)散接觸，接著發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生晶核，晶核不斷生長，形成新的物質(zhì)或新材料，此過程稱為低溫固相合成。固體4—甲基苯胺與固體CoCl2·6H2O按2：1摩爾比在室溫(20℃)下混合，一旦接觸，界面即刻變藍(lán)，稍加研磨反應(yīng)完全．該反應(yīng)甚至在0℃同樣瞬間變色。但在CoCl2的水溶液中加入4—甲基苯胺(摩爾比同上)