Phương pháp tổng hợp pha rắn

[golddawn]

Bài viết này mang tính tổng hợp nhiều nguồn tài liệu khác nhau, cụ thể là từ bài giảng của giáo sư Woodward ở Ohio State University và giáo sư LeBlanc tài Đại Học LeMans.

Kiến thức cơ bản
Điều quan trọng nhất cần phải nói là phản ứng tổng hợp pha rắn khác hẳn với phản ứng thông thường trong hóa học. Phản ứng hóa học thông thường ở đây ý nói đến phải ứng tổng hợp hữu cơ, phản ứng tạo phức, oxy hóa khử trong pha lỏng hay pha khí. Đặc điểm nổi bật của phản ứng pha rắn đó chính là phản ứng dị pha, trong đó phản ứng chỉ xảy ra tại bề mặt tiếp xúc của các pha. Vì vậy, động học phản ứng pha rắn chính là động học của các quá trình khuyếch tán. Động học các quá trình khuyếch tán chính là định luật khuyếch tán Fick như sau:
J = -D(dc/dx)
• J = Dòng khuyếch tán (#/cm2-s)
• D = Hệ số khuếch tán (cm2/s)
• (dc/dx) = Gradient (số gia) nồng độ (#/cm4)
Khoảng cách trung bình mà các chất khuyếch tán trong thời gian t ,<x>, được tính như sau:
<x> = Sqrt (2Dt)
Để phản ứng xảy ra tốt, hệ số khuyếch tán, D, phải có giá trị ít nhất là 1. E-12 cm2/s
Hệ số khuyếch tán tăng nhanh theo nhiệt độ, tăng nhanh nhất là khi nhiệt độ tăng đến gần nhiệt độ nóng chảy của pha rắn tham gia phản ứng. Trong phản ứng pha rắn, có một quy tắc sau gọi là quy tắc Tamman:
Phản ứng pha rắn chỉ xảy ra đáng kể khi nhiệt độ phản ứng đạt đến ít nhất khoảng 2/3 nhiệt độ nóng chảy thấp nhất của một trong các pha rắn tham gia phản ứng.
Vận tốc phản ứng pha rắn liên quan chặt chẽ đến ba yếu tố sau:
1. Diện tích tiếp xúc
Có hai chi tiết cần nói rõ ở yếu tố này
- Diện tích tiếp xúc ở đây đòi hỏi các chất không chỉ phải ở trạng thái rất mịn (kích thước hạt càng nhỏ, diện tích bề mặt các lớn) mà phải có xác suất tiếp xúc giữa các pha rắn là lớn nhất. Điều này đòi hỏi sự trộn lẫn các pha tốt nhất.
Sự trộn lẫn và diện tích là một yếu tố cần nhưng chưa đủ. Sẽ vô nghĩa nếu các hạt tiếp xúc với nhau nhưng sự tiếp xúc đó không đủ chặt để cho sự khuyếch tán giữa các pha xảy ra. Để có sự tiếp xúc trong đó có quá trình khuyếch tán giữa các pha xảy ra, đòi hỏi phải có sự nén ép các pha lại với nhau và trong phản ứng pha rắn, quá trình đó gọi là sự tạo viên (pelletize)
2. Tốc độ khuyếch tán
Cũng có hai chi tiết:
- Nhiệt độ: Quy tắc Tamman
- Sai khuyết tinh thể: Sai khuyết tinh thể là cơ chế động học khuyếch tán chính trong phản ứng pha rắn. Thông thường, các chất rắn mới sinh ra đều có nồng độ sai khuyết tinh thể lớn. Chính vì vậy mà trong tổng hợp pha rắn người ta hay dùng muối của carbonat hay nitrat để làm tác chất ban đầu.
3. Tốc độ tạo mầm của pha rắn tạo thành.
Tốc độ này lớn nhất khi có sự tương đồng về cấu trúc tinh thể của các pha rắn tham gia phản ứng.
Bài viết hôm nay dừng ở đây. Còn viết tiếp khi có thời gian rảnh.

[0519030]

Cho em hỏi, tạo hạt nano từ Fe3O4 bằng pp đồng kết tủa có phải phản ứng đó là phản ứng pha rắn.
Làm thế nào phân biệt được phản ứng pha rắn và phản ứng hóa học thông thường ạ!
Em cám ơn, chúc các bác nhiều sức khỏe!

[tieulytamhoan]

Cho em hỏi, tạo hạt nano từ Fe3O4 bằng pp đồng kết tủa có phải phản ứng đó là phản ứng pha rắn.
Phương pháp đồng kết tủa (precursor) được cho rằng là 1 trong những kỹ thuật tổng hợp pha rắn cùng với phương pháp gốm, phương pháp vi sóng.
Làm thế nào phân biệt được phản ứng pha rắn và phản ứng hóa học thông thường ạ!
Dựa vào định nghĩa như thế nào là 1 phản ứng hóa học và như thế nào là 1 phản ứng pha rắn bạn sẽ phân biệt được ngay thôi. Mình tin là như vậy :24h_001:

[nqtuan04]

Phương pháp đồng kết tủa (precursor) được cho rằng là 1 trong những kỹ thuật tổng hợp pha rắn
Cái này nghe lạ à nha. Theo mình thì phản ứng pha rắn, là phản ứng giữa 2 chất rắn, khi đó yếu tố động học sẽ đóng vai trò quyết định. Và đặc điểm nổi bật của pứ pha rắn đó là thường phải dùng nhiệt độ rất cao (tạo mầm, tăng tốc độ khuếch tán... như post đầu tiên). Thường phương pháp này còn có tên gọi là pp gốm cổ điển... muốn tìm hiểu thêm thì bạn có thể đọc trong các sách về hóa vật liệu.
PS: Không hiêu từ precursor ở trên dùng với ý gì?

[tieulytamhoan]

Cái này nghe lạ à nha. Theo mình thì phản ứng pha rắn, là phản ứng giữa 2 chất rắn, khi đó yếu tố động học sẽ đóng vai trò quyết định. Và đặc điểm nổi bật của pứ pha rắn đó là thường phải dùng nhiệt độ rất cao (tạo mầm, tăng tốc độ khuếch tán... như post đầu tiên). Thường phương pháp này còn có tên gọi là pp gốm cổ điển... muốn tìm hiểu thêm thì bạn có thể đọc trong các sách về hóa vật liệu.
PS: Không hiêu từ precursor ở trên dùng với ý gì?
Trong trường em được dạy về 1 số kỹ thuật tổng hợp pha rắn trong đó có phương pháp đồng kết tủa (precursor), phương pháp vi sóng và phương pháp gốm.

Phương pháp gốm truyền thống là 1 phản ứng pha rắn vì tác chất và sản phẩm đều ở trạng thái rắn được thực hiện ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, hiệu suất quá trình thấp vì lý do đồng thể hóa kém.
Để khắc phục điều này, người ta có thể dùng pp đồng kết tủa: trước tiên, người ta phải điều chế 1 hỗn hợp đồng kết tủa ở mức độ phân tử hoặc nguyên tử rồi mang phân hủy nhiệt để thu được sản phẩm mong muốn nhưng khó khăn ở chỗ là hỗn hợp đồng kết tủa không dễ tìm tí nào cả.

Em không nói pp đồng kết tủa là phản ứng pha rắn, em chỉ nói đó là 1 trong những kỹ thuật để tổng hợp pha rắn thôi ạ ^.^
Phương pháp đồng kết tủa là phương pháp ướt anh ạ

Precursor theo em dịch nghĩa thô thiển là tiền chất - nghĩa là ta sẽ điều chế 1 hỗn hợp rồi mới mang hỗn hợp này đi nung để tổng hợp ra pha rắn.

1 vài ý kiến của em. Thân ái.

[nqtuan04]

Hê hê, khác nhau một chút về quan niệm thôi. Thực ra mấy cái này chia rạch ròi ra cũng khó. Nhưng trong trường hợp Fe3O4 thì là phản ứng chỉ thực hiện trong dung dịch sau đó tách lọc ra sản phẩm luôn. Còn thường phản ứng pha rắn dùng pp đồng kết tủa có thêm 1 giai đoạn nữa đó là nung để ra sp, chính xác giai đoạn này mới là pứ pha rắn.
Còn Precursor là tiền chất là chính xác rồi, tại trên post của em Phương pháp đồng kết tủa (precursor) sẽ làm người đọc hiểu nhầm là phương pháp đồng kết tủa dịch sang tiếng anh là vậy hihi.
Một vài ý kiến của anh. Chúc vui.