CHƯƠNG 6: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG PHA RẮN

Khuếch tán là quá trình tự diễn biến tải vật chất để tạo nên sự phân bố cân bằng nồng độvật chất.Nguyên nhân:+ Do nhiệt độ+ Do điện trường+ Do từ trường→ phụ thuộc nồng độsai sót cấu trúc→ luôn tồn tại trongtinh thể
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CHƯƠNG 6: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG PHA RẮNLOGO 1 CHƢƠNG 6: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG PHA RẮN2 3 Khuếch tán là quá trình tự diễn biến tải vật chất đểtạo nên sự phân bố cân bằng nồng độ vật chất. Nguyên nhân: + Do nhiệt độ + Do điện trường + Do từ trường → phụ thuộc nồng độ sai sót cấu trúc → luôn tồn tại trong tinh thể 4 + Khuếch tán qua cát nút mạng: các ion từ vị trí xenkẽ này đến vị trí xen kẽ khác + Khuếch tán qua các nút trống cation hay anion: iontới nút trống, để lại nút trống mới 5 Chuyển chất tới vùng phản ứng : miền khuếch tán Thực hiện phản ứng trên bề mặt : miền động học→ Giai đoạn chậm nhất quyết định tốc độ phản ứng 6Định luật Fick I :Định luật Fick II:C: nồng độ cấu tử bị khuyếch tánt: thời gian khuyếch tánx: phương khuyếch tánD : hệ số khuếch tánJ : lượng chất khuếch tánqua một đơn vị bề mặt 7Định luật Fick I :Định luật Fick II: 8Phương trình Nerst-Eistein+ Trong phản ứng hóa học: với Di = kT.BiBi : độ di chuyển dưới ảnh hưởng của điện trường+ Độ dẫn điện ion: σi là độ dẫn ; z: điện tích 9 + Dòng khuếch tán lỗ trống : D = α.ao2.ω.C α : hệ số phụ thuộc dạng hình học tinh thể ao : hằng số chuyển chất ω : tần số chuyển nguyên tử từ vị trí cân bằng vào lỗtrống C : nồng độ lỗ trống 10 A+B=C+D→ Muốn phản ứng xảy ra A & B phải tiếp xúc nhauCác mô hình tiếp xúc:→ Khi tiếp xúc nhau, thực hiện quá trình trao đổi chấtvà điện tử 11 Ít xảy ra ở nhiệt độ thường, xảy ra ở nhiệt độ cao Điểm bắt đầu phản ứng tại những vị trí khuyết tật,sai lệch trên bề mặt. Tốc độ phản ứng tỉ lệ với bề mặt tiếp xúc chung Tùy thuộc vào độ linh động của các ion và khả năngtạo dung dịch rắn của các chất Cấu trúc mới có thể phá vỡ hay hình thành cơ sở cấutrúc củ của nguyên liệu 12 VD: Hòa tan kim loại trong axit mạnh, phá mẫu bằngaxit hay kiềm, phản ứng ở trạng thái nóng chảy.- Phụ thuộc tốc độ hòa tan củachất rắn- Phản ứng khơi nguồn tại vị tríkhuyết tật, sai sót bề mặt- Tốc độ phản ứng phụ thuộcvào diện tích tiếp xúc bề mặt 13 Ví dụ: kim loại tác dụng phi kim, phản ứng phân hủy - Tạo lớp sp trên bề mặt phân pha - Có ít nhất một phản ứng di chuyển qua spVD: oxi hóa Cu tạo Cu2O O2 = 2O + 4VCu-+ 4h+ Dòng di chuyển từ II  I : VCu-và h+VD: oxi hóa Zn tạo ZnO ZnO = Zni2+ + e- + ½O2 Dòng di chuyển từ I  II gồmZni2+ và e- 14 Mô hình của Wagner & Smalsrid VD: mô hình phản ứng tạo spinelNiO+ Al2O3 = NiAl2O4 3Ni2+ và 2Al3+ khuếch tán ngược chiều nhau Trên mặt biên giới NiO/NiAl2O4: 2Al3+ + 4NiO → NiAl2O4 + 3Ni2+ Trên mặt biên giới Al2O3/NiAl2O4: 3Ni2+ + 4Al2O3 → 3NiAl2O4 +2Al3+ 15 TH1: Các ion A2+, O2- khuếch tán qua sản phẩm tạo lớp sảnphẩm phía B2O3 TH2: Các ion B3+, O2- khuếch tán qua sản phẩm tạo lớp sảnphẩm phía AO TH3: Sản phẩm tạo thành ở 2 phía do sự khuếch tán ngượccủa các ion 16 CaO + SiO2 = CaSiO3Cơ chế:khuếch tán cation Ca2+ và e- qua lớp spO2 khuếch tán ở dạng khí : O2- = 1/2O2 + 2e-Các phản ứng cùng cơ chế: R2O3 + Fe2O3 = 2RFeO3 (R: La, Nd) ion kt R3+ MO + Fe2O3 = MFe2O4 (R: Mg, Cu, Rb) ion kt M2+ ZnO + Al2O3 = ZnAl2O4 ion kt Zn2+ Ag2S + Sb2S3 = 2AgSbS2 ion kt Ag+ NiO + Cr2O3 = NiCr2O4 ion kt Cr3+ 17 BaO + BaWO4 = Ba2WO5Cơ chế:Khuếch tán cation ngược chiều nhau (Ba2+ và W6+)Các phản ứng cùng cơ chế:CoO + Al2O3 = CoAl2O4MO + ZnFe2O4 = MAl2O4 + ZnO (M: Ni, Mg) ion kt M2+ và Zn2+MgO + Fe2O3 = MgFe2O4 18 2PbO + Nb2O5 = Pb2Nb2O7Cơ chế:Khuếch tán cation và anion qua lớp sp(Pb2+ và O2-)Các phản ứng cùng cơ chế: (W6+ và O2-)WO3 + CaO = CaWO4ZnO + Al2O3 = ZnAl2O4 (Zn2+ và O2-) 19 BaO + WO3 = BaWO4Cơ chế:Khuếch tán pha hơi qua lớp sp (WO3)Các phản ứng cùng cơ chế: hơi kt BaOBaO + Ba2WO5 = Ba3WO6 hơi kt Fe2O3MgO + Fe2O3 = MgFe2O4 ...