Chuong5

CHUƠNG 5: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG TRẠNG THÁI RẮN Tác dụng hoá học trong hổn hợp vật chất rắn có những đặc điểm sau: • Phản ứng xay ra trên bề mặt phân chia giữa các pha rắn (không xảy ra trong toàn bộ thể tích như pha khí hay lỏng). • Mang tính dị thể (là hệ quả của tính chất trên) • Phụ thuộc vào sự phân bố không gian của phối liệu (là hệ quả của tính chất đầu tiên) • Phụ thuộc vào sự tác dụng liên kết với pha mới xuất hiện có thành phần hoá học thay đổi. Nói tóm lại là phụ thuộc vào hình thức vận chuyển nguyên tử, ion, tức là hình thức cung cấp nguyên liệu cho quá trình phản ứng hoá học xảy ra. Chúng ta xác định một số thuật ngữ sau: - Tác nhân phản ứng: tất cả các chất tham gia vào quá trình phản ứng. - Ion hay cấu tử linh động = tạo thành vật chất bao phủ - Ion hay cấu tử kém linh động = tạo thành vật chất bị bao phủ. Phản ứng trạng thái rắn có thể chia thành 6 giai đoạn sau:

a) Bao phủ-tiếp xúc: các tác nhân tiến tới những vị trí tiếp xúc và bao phủ nhau b) Giai đoạn hoạt hoá lần thứ nhất: tạo nên màng nguyên tố từ những ion linh động của những cấu tử linh động trên bề mặt những hạt kém linh động hơn của những cấu tử kém linh động

c) Phá vỡ hoạt tính: sự tăng lực liên kết của những cấu tử linh động ở màng mới tạo thành với mạng lưới cấu tử bị bao phủ, vật chất bao phủ trở nên bão hoà và giảm tính linh động.

d) Giai đoạn hoạt hoá lần thứ hai: bắt đầu quá trình khuyếch tán của cấu tử linh động vào bên trong mạng lưới của cấu tử kém linh dộng

e) Tạo thành sản phẩm tinh thể của phản ứng (tạo thành pha mới). Tinh thể mới tạo thành này có nhiều khuyết tật cấu trúc.

f) Xảy ra quá trình điều chỉnh mạng lưới của sản phẩm mới tạo thành. Còn trong phản ứng ở nhiệt độ cao nói chung (tất nhiên là có mặt pha rắn)nthì các quá trình hoá lý sau đây xảy ra • Sự xuất hiện những khuyết tật làm tơi mạng lưới tinh thể. • Sự biến đổi thù hình làm mạng lưới tinh thể bị điều chỉnh trở lại. • Sự tạo thành dung dịch rắn và phân huỷ dung dịch rắn. • Quá trình khuyếch tán ngoại, nội và bề mặt. • Quá trình kết khối, giai đoạn nghỉ, quá trình tái kết tinh. • Nóng chảy, hoà tan các cấu tử của hệ trong hổn hợp nóng chảy • Kết tinh pha mới trong pha lỏng. • Thăng hoa, bay hơi. • Phân li, phân huỷ • Tác dụng hoá học. Khi nghiên cứu quá trình phản ứng nhiệt độ cao ngưới ta đã đưa ra những quan sát thực tế sau:

• Khi nung phối liệu là vật chất tinh thể thì các hạt phản ứng trực tiếp với nhau, vai trò của chất lỏng và khí ở đây coi như không đáng kể. • Phản ứng giữa các hạt vật chất rắn với nhau kèm theo hiệu ứng toả nhiệt • Hệ sẽ không đạt trạng thái cân bằng nếu như trong phản ứng pha rắn không có sự xuất hiện của dung dịch rắn. • Nhiệt độ bắt đầu phản ứng hoá học trong phản ứng nhiệt độ cao là nhiệt độ mà tại đó - xảy ra sự trao đổi mãnh liệt vị trí của những nguyên tố mạng lưới tinh thể vật chất tham gia phản ứng - chính là nhiệt độ kết khối của quá trình. Độ linh động của những nguyên tố mạng lưới tinh thể ôxyt quyết định nhiệt độ bắt đầu phản ứng. • Trong trường hợp có xảy ra quá trình biến đổi thù hình ở nhiệt độ thấp của 1 trong các cấu tử của phối liệu thì phản ứng hoá học sẽ xảy ra mãnh liệt ở điểm xảy ra biến đổi thù hình.