Реферат

На тему : «Експериментальне проведення реакцій та методи синтезу твердих тіл »

Виконала Теребіленко Анастасія

Київ, 2013 рік

Зміст

1.Твердофазний синтез

.Методи вирощування монокристалів: метод кристалізації з розчин-розплавів, метод Вернейля, Бріджмена, Чохральського, зонної плавки, гідротермальний

.Золь - гель синтез

.Кріохімічний синтез (сублімаційна сушка)

.Піроліз

.Хімічний посуд

Твердофазні сполуки можна отримувати за допомогою багатьох методів, вибір найбільш підходящого методу в значній степені визначається поставленою метою. Кристалічні тверді тіла можуть бути отримані у вигляді:

·Монокристалів максимально можливої чистоти і мінімальної дефектності

·Монокристалів з дефектною структурою, створеною шляхом введенням домішок

·Полікристалічних порошків

·Тонких плівок

·Некристалічні (аморфні або скловидні) матеріали

Отримання кожного з перерахованих типів матеріалів спряжено з застосуванням спеціальних препаративних методів.

. Твердофазний синтез

Для синтезу полікристалічного порошкового матеріалу використовують пряму взаємодію сумішей вихідних матеріалів. Вихідні речовини (як правило реагенти обирають найбільш хімічно доступні, з точно відомим елементним складом) змішують та подрібнюють у ступці або якомусь іншому диспрегаторі ( напр. шаровому чи вібраційному млині) до гомогенної суміші. Рівномірність та ступінь подрібнення мають суттєвий вплив на вихідну сполуку, її властивості та хід реакції. При синтезі оксидних фаз, реагентами являються прості оксиди або ж карбонати елементів - катіоноутворювачів, що входять в цільовий продукт. Швидкість гетерогенної реакції пропорційна площі поверхні контакту реагуючих фаз. Часто необхідно нагрівати до високих температур.

Протікання твердо фазної реакції синтезу відбувається за рахунок зустрічної дифузії та з подальшим формуванням фази шпінелі. В результаті теплової дії на межі поділу кристалів виникає шар MgAl2O4.(рис.1) При високих температурах іонам надається енергія для дифузійного руху. По Вагнеру дифузія і , відповідно, реакція в твердих тілах здійснюється за рахунок рухливості іонів та електронів, що обумовлено не рівноважним станом решітки. Хоча рухливість іонів надзвичайно мала в порівнянні з рухливістю катіонів. Дифузія і реакції в твердих тілах здійснюються за рахунок руху катіонів. За рахунок різниці в швидкостях переміщення різнозарядних катіонів в системі виникає електричний потенціал., який регулює швидкості дифузії йонів та розраховується на основі електронної провідності.

Рис.1

Приклади твердофазних реакцій:

¡Sc2O3 + 3NH4H2PO4 + 3/2Na2C2O4 + 3/4O2 ? Na3Sc2(PO4)3 + 3NH3?+9H2O? + 3CO2?

¡2NH4H2PO4 + NiO ? Ni2P2O7 + 2NH3? + 2H2O?

¡Sc2O3 + 3NaH2PO4 ? Na3Sc2(PO4)3 + 3H2O

Переваги методу: Простота виконання

Недоліки: Значна неоднорідність висхідної суміші, важко досягається відтворюваність гранулометричних характеристик висхідної суміші. Через неоднорідність реакційної суміші, для повного проходження твердофазної реакції часто доводиться проводити багатократне чергування операцій подрібнення та термообробки. До того ж, можливе забруднення речовини матеріалом, з якого виготовлена ступки.

2. Методи вирощування монокристалів

Вирощування монокристалів можливо як з використанням монокристалічних затравок так і спонтанно. Ріст кристалів на затравці однойменного матеріалу називають гомоепітаксіальним, на інших відповідних за кристаллографічними параметрами поверхнях - гетероепітаксіі. До основних методів віднесемо наступні:

üВирощування з розчину в розплаві (спонтанна кристалізація)

üМетод Вернейля

üМетод Бріджмена

üМетод Чохральського

üЗонної плавки

üГідротермальний

Розчин - розплавний метод синтезу

Кристалізація з розплаву як препаративний метод має багато спільного з кристалізацією з розчинів: сумісне плавлення вихідних твердих реагентів сприяє високій степені гомогенності, а при охолодженні розплаву утворюються й ростуть кристали. Різниця лише в температурному діапазоні. Метод вирощування кристалів з розчинів у високотемпературних розплавах (розчин в розплаві) отримав розвиток у зв'язку з вирощуванням монокристалів складних багатокомпонентних систем. Використовується висока розчинність тугоплавких сполук у рідких неорганічних солях і оксидах. Процес здійснюється на повітрі при температурі плавлення речовини, що кристалізується. Цей метод був у числі перших, застосованих в кінці 19 ст. для вирощування технічно важливих кристалів (для вирощування кристалів корунду). Його використовують для вирощування монокристалів ітрій-залозистого граната, титанату барію та ін.