REAKCJE W FAZIE STAŁEJ
Definicje, systematyka RFS
-podręczniki z reguły omawiają łącznie reakcje i przemiany (zmiany stanu skupienia, zmiany fazowe, udział dyfuzji)
-pełna klasyfikacja obejmuje wszystkie reakcje, w których uczestniczy faza stała - do ok. 50 typów reakcji chemicznych
Np. s+s = s+s; s+s = s +g; s=s+g itd. Analizuje się również udział całości procesów cząstkowych podczas przebiegu danej reakcji; -reakcja chemiczna
-dyfuzja
-parowanie i kondensacja
-topnienie i krystalizacja
Szybkość reakcji chemicznej jest uwarunkowana udziałem pozostałych procesów (jak w każdej reakcji chemicznej); wydziela się np. trzy grupy RFS:
-RFS w których szybkość jest uwarunkowana przebiegiem reakcji chemicznej
-RFS w których szybkość jest uwarunkowana dyfuzją -RFS w których szybkość jest uwarunkowana zmianami stanu skupienia (parowanie, topnienie, kondensacja)
Technologia ciała stałego (w obszarze chemicznym, szerszym, aniżeli często przyjmowanym w przemyśle mikroelektroniki) zajmuje się rolą reakcji chemicznych również w procesach ceramiki funkcjonalnej, wytwarzania ogniw chemicznych, wybranych zagadnień przetwarzania metali (także i korozji) i w wielu innych obszarach niszowych, tym nie mniej ważnych dla funkcjonowania współczesnej gospodarki. Pod tym względem można wydzielić trzy grupy: - procesy związane z rozkładem ciał stałych
-procesy związane z reakcjami ciał stałych ze sobą
-procesy syntezy c. stałych z udziałem gazów FR-1
PROCESY ROZKŁADU CIAŁ STAŁYCH
-reakcje aktywowane termicznie (bardzo liczne)
-reakcje aktywowane fotochemicznie (fotografia) Rozkład termiczny ciał stałych Podziały formalne - reakcje ac-bas i red-ox; bez i z wydzielaniem czy pochłanianiem gazu; odwracalne i nieodwracalne; reakcje z udziałem różnych rodzajów wiązań chemicznych (metali, substancji jonowych i innych);
W istocie należy analizować zmiany w obszarze sieci kationowej i anionowej rozkładanej substancji krystalicznej (ale i amorficznej) i dopasowywać je do uzyskiwanych charakterystyk kinetycznych (zmian szybkości procesu lub stopnia przereagowania z upływem czasu, określane dla różnych temperatur)
Typowe zależności: Charakterystyczny „esowaty” przebieg, którego odcinki są różne dla różnych uwarunkowań szybkości reakcji.
FR-2
PROCESY ROZKŁADU CIAŁ STAŁYCH - przykłady
W praktyce przemysłowej duże znaczenie posiadają reakcje rozkładu wodorotlenków metali oraz takich soli, jak węglany, rzadziej azotany, nawet siarczany i niektóre sole kwasów organicznych (np. szczawiany, mrówczany).
(…)
… reakcji rozkładu ciał stałych, obok klasycznych metod analizy chemicznej (oznaczenia ilości powstałych produktów), nieocenione są obecnie takie metody instrumentalne, jak analiza termiczna (określenie temperatury przemian chemicznych i fazowych, identyfikacja faz) oraz dyfraktometria rentgenowska (fazy i związki). FR-3
REAKCJE SUBSTRATÓW STAŁYCH
REAKCJE SYNTEZY Zaliczane do „typowych” reakcji w fazie…
… tego typu, to np. r. syntezy ferrytów czy tytanianu baru, ołowiu (ważne piezoelektryki); MO + Fe2O3 → MFe2O4 (M = Ni, Zn, Mg) 1100-1400oC
BaO +TiO2 → BaTiO3 ok. 700oC W tym ostatnim wypadku zwykle stosuje się Ba(OH)2, BaCO3 lub szczawian, jako prekursor baru w związku. Może to być również synteza związków chemicznych z pierwiastków, np. Zn + S → ZnS (podobnie CdS, CuS)
Inne, „nie-ceramiczne” odmiany procesu: -termomechaniczne przetwarzanie stopów metali (żelazo o czystości metalurgicznej) - duża rola przemian fazowych
-reakcje w materiałach polimerowych
Zachodzą niewątpliwie podczas otrzymywania mieszanek - blend (mieszanie i termiczno-mechaniczne przetwarzanie polimerów - w tym stare metody wulkanizacji)
FR-4
REAKCJE SUBSTRATÓW STAŁYCH cd
REAKCJE WYMIANY Te są nieco rzadsze, chociaż należą…
… ceramiki klasycznej (m.in. materiały ogniotrwałe, glazury i emalie, pigmenty) oraz funkcjonalnej (ferryty, piezoelektryki, nadprzewodniki, podłoża ceramiczne mikroelektroniki i in.), podłoży pod katalizatory i samych katalizatorów (m.in. tak ważnych, jak V2O5- kwas siarkowy, Fe3O4 - amoniak, MoO3 - kraking, CuO-ZnO-Al2O3 - metanol i wiele innych), materiałów elektrodowych (ZrO2/Y2O3). W licznych…
… temperaturach są to formalnie reakcje odwracalne (produkt gazowy jest jednak dostatecznie szybko odprowadzany ze środowiska reakcji). Ogromna większość reakcji tej grupy - o dużym znaczeniu praktycznym. -reakcje redukcji, istotne dla metalurgii i otrzymywania wolnych pierwiastków
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + Al2O3 wielki piec SnO2 + C → Sn + 2CO
WO3 + 3H2 → W + 3H2O i inne -reakcje utleniania metali (synteza…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)