9.4影响固相反应的因素

材料科学基础第8 章8.4.1 影响固相反应的因素(上)固相反应过程温度、压力、反应时间、组成、结构，等相界面的化学反应内部的物质传递活化晶格，促进物质的内外扩散影响固相反应的因素一、反应物化学组成的影响热力学角度朝反应自由能减小方向进行（△G＜0）△G负值越大，朝该方向进行几率越大原子键合角度质点间的作用键强越大，则可动性与反应能力越小反应物比例会改变产物层厚度、反应物表面积扩散截面积最终影响反应速率矿化剂加入少量矿化剂会促进反应进行有缘学习更多驾卫星ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）表8-1 NaCl 对Na 2CO 3+Fe 2O 3反应的作用NaCl 添加量（相对于Na 2CO 3的%）不同颗粒尺寸的Na 2CO 3转化率（%）0.06~0.088mm0.27~0.35mm0.6~2mm 00.82.253.288.688.618.936.873.89.222.560.1提高约2~6倍一、反应物化学组成的影响矿化剂作用机理与反应物形成某种活性中间体而提高活性与反应物形成固溶体，使晶格活化形成低共熔物，降低液相出现温度，加速扩散和对固相溶解矿化剂离子对反应物离子的极化作用，促进晶格畸变与活化矿化剂对固相反应影响的作用机理一、反应物化学组成的影响颗粒组成的影响颗粒半径越小，反应速率常数以平方级数增加颗粒尺寸越小，比表面积越大，反应与扩散界面增加，反应速率加快粒度越小，弱键比例越大，反应与扩散能力增强，反应加快将粒径控制在较窄范围，避免少量大颗粒混入可提高反应速率颗粒尺寸不同，可能属于不同动力学控制范围颗粒尺寸越小，速率常数越大反应速率常数Ky与1/R2的关系表8-2 SiO2颗粒大小对反应速率常数Ky的影响SiO2颗粒半径(mm)1/R2Ky×1060.15343 5.7 0.08613516.2 0.05335742.3 0.03677096.0。

第一章绪论1、固体化学的研究内容是什么？基本内容包括：固体物质的合成，固体的组成和结构，固相中的化学反应，固体中的缺陷，固体表面化学，固体的性质与新材料等。

固体化学主要是研究固体物质（包括材料）的合成、反应、组成和性能及相关现象、规律和原因的科学。

固体化学的研究内容十分广泛。

它与固体物理及其他许多学科相互交叉渗透，因此很难给出明确的，全面的研究范围。

它着重于研究固态物质（包括单晶、多晶、玻璃、陶瓷、薄膜、超微粒子等）的合成、反应、组成、结构和各种宏观和微观性质。

2、假如你是从事无机材料方面的研究者，你的研究成果可以在哪些国内外期刊上投稿，试列举出其中的20种期刊。

《中国稀土学报》《功能材料》《无机材料学报》《无机化学学报》《人工晶体学学报》《硅酸盐通报》《材料科学与工艺》《SCI》《材料科学技术学报（英文版）》《材料工程》《材料导报》《纳米科技》《Chemistry of Materials》《Crystal Growth & Design》《Inorganic Chemistry》《ACS Nano》《NANO letter》《Solar energy materials and solar cells》《Rare Earth Bulletin 》《Journal of Applied Crystallography 》《Journal of the Energy Institute 》《半导体学报》《玻璃与搪瓷》《无机硅化合物》《材料研究学报》；（10）《crystal growth and disign》；（11）《internatianal journal of inorganic materials》;（12）《inorganic materials 》；（13）《crystal research and techonolgy》；（14）；《journal of crystal growth 》；（15）《inorganic chemistry》；（16）《advanced founctional materials》；（17）《chemistry of materials》；（18）《japanese new materials》；（19）《journal of materials chemistry》；（20）《advanced materials》。

何谓固相反应，影响固相反应速度因素狭义的固相反应是指纯粹固体物质之间，通过质点的扩散而进行的化学反应。

广义的固相反应系指固态、液态、气态参与反应皆称固相反应。

影响固相反应的因素有：反应温度和保温时间、压力与浓度、本身化学活性、颗粒大小与接触紧密程度、水蒸气与液相及矿化剂等。

①反应温度和保温时间。

提高固相反应的温度，可提高质点能量（活化能）。

保持温度是增加扩散时间，增加反应的彻底性。

在生产中每个反应带有一个长度，并控制物料在窑内流动速度。

②压力与浓度。

增加反应容器（窑炉）内的压力，并减小生成物的浓度（如加强窑内通风），可促进固相反应。

③本身化学活性。

例如高岭石脱水后分解为无定形、高分散度、高活性的Al2O3和SiO2，隐晶结构的方解石分解出高活性的新生态的CaO，具有较多缺陷就能加速固相反应。

而结晶型的隧石、石英（a－SiO2）及结晶完整的大理石，化学反应慢。

④颗粒大小与接触紧密程度。

固相反应是在接触界面进行的，反应速度与接触面积成正比。

接触面积与原料粉磨细度，混合均匀程度和接触紧密程度有关。

粉磨愈细，接触愈紧密愈均匀，固相反应越快。

⑤水蒸气、液相及矿化剂。

a．少量水蒸气的存在，可降低晶体表面能，即晶格破坏所需能量减少，利于质点向外扩散，而增加固相反应能力。

实践表明，少量水蒸气可使CaO和SiO2固相反应提高。

b．液相和气相的存在，比固相质点扩散快得多，能促进固相反应迅速进行。

C.矿化剂作用是破坏了某些物质（如Si－O键Al—O键）的晶格，加速某些物质（如CaCO3）的分解，强化SiO2和CaO的反应能力，降低反应物质点的结合能。

同时能降低液相生成的温度和粘度，促使C3S在较低温度（1350℃）下形成，强化熟料煅烧。

固相反应的影响因素
1. 温度
固相反应的反应速率通常随着温度的升高而增加。

这是由于在较高温
度下，分子运动更快，因此更容易发生反应。

温度也可以影响反应的
选择性，因为在较高温度下，竞争性的反应可能会发生。

2. 初始物质浓度
初始物质浓度可以影响反应速度和反应物质的相对浓度。

一般来说，
当初始物质浓度更高时，反应速率也更快。

然而，当的初始物质物质
浓度达到一定水平时，反应速率不会继续增加。

3. 反应物质的物理状态
反应物质的物理状态可以影响反应速率。

固体的反应速率通常比液体
和气体反应速率慢。

这是由于固体反应中分子需要通过扩散才能相遇，因为它们无法通过一般运动混合。

而液体和气体反应物质则由于其分
子的充分混合，反应速率会更快。

4. 催化剂
催化剂可以加速反应速度，因为它们降低了反应的反应能量。

在催化
剂存在的反应中，反应速率通常比没有催化剂存在的反应速率快很多。

5. 环境因素
环境因素如光照、当地气候和化学环境也可以影响固相反应的速率和
选择性。

一些反应可能需要光或其他外部因素来发生。

化学物质可能
被环境中的其他化学物质污染或催化，从而影响反应速率和选择性。

总之，固相反应受许多因素的影响。

识别并理解这些影响因素可以帮助科学家更好地预测和控制反应的速率和选择性。

何谓固相反应，影响固相反应速度因素？狭义的固相反应是指纯粹固体物质之间，通过质点的扩散而进行的化学反应。

广义的固相反应系指固态、液态、气态参与反应皆称固相反应。

一、影响固相反应的因素有影响固相反应的因素有：反应温度和保温时间、压力与浓度、本身化学活性、颗粒大小与接触紧密程度、水蒸气与液相及矿化剂等。

①反应温度和保温时间。

提高固相反应的温度，可提高质点能量（活化能）。

保持温度是增加扩散时间，增加反应的彻底性。

在生产中每个反应带有一个长度，并控制物料在窑内流动速度。

②压力与浓度。

增加反应容器（窑炉）内的压力，并减小生成物的浓度（如加强窑内通风），可促进固相反应。

③本身化学活性。

例如高岭石脱水后分解为无定形、高分散度、高活性的Al2O3和SiO2，隐晶结构的方解石分解出高活性的新生态的CaO，具有较多缺陷就能加速固相反应。

而结晶型的燧石、石英（α-SiO2）及结晶完整的大理石，化学反应慢。

④颗粒大小与接触紧密程度。

固相反应是在接触界面进行的，反应速度与接触面积成正比。

接触面积与原料粉磨细度，混合均匀程度和接触紧密程度有关。

粉磨愈细，接触愈紧密愈均匀，固相反应越快。

⑤水蒸气、液相及矿化剂。

ａ.少量水蒸气的存在，可降低晶体表面能，即晶格破坏所需能量减少，有利于质点向外扩散，而增加固相反应能力。

实践表明，少量水蒸气可使CaO和SiO2固相反应速度提高。

ｂ.液相和气相的存在，比固相质点扩散快得多，能促进固相反应迅速进行。

c.矿化剂作用是破坏了某些物质（如Si—Ｏ键、Al—Ｏ键）的晶格，加速某些物质（如CaCO3）的分解，强化SiO2和CaO的反应能力，降低反应物质点的结合能。

同时能降低液相生成的温度和粘度，促使C3S在较低温度（1350℃）下形成，强化熟料煅烧。

二、固相反应的计算公示由此可见，水泥熟料矿物C3A和C4AF、C2S的形成是一个复炸的多级反应，反应过程是交叉进行的。

水泥孰料矿物的固相反应是放热反应。

南昌大学实验报告(样本)学生姓名：×××学号： 5702106*** 专业班级：无机材料062班实验类型：■演示□验证□综合□设计□创新实验日期：2008-11-20实验成绩：实验五固相反应一.实验目的与内容固相反应是材料制备中一个重要的高温动力学过程,固体之间能否进行反应、反应完成的程度、反应过程的控制等直接影响材料的显微结构,并最终决定材料的性质,因此,研究固体之间反应的机理及动力学规律,对传统和新型无机非金属材料的生产有重要的意义。

1.本实验的目的：掌握TG法的原理,采用TG法研究固相反应的方法。

通过Na2CO3-SiO2系统的反应验证固相反应的动力学规律—金斯特林格方程。

通过作图计算出反应的速度常数和反应的表观活化能。

2.实验原理固体材料在高温下加热时,因其中的某些组分分解逸出或固体与周围介质中的某些物质作用使固体物系的重量发生变化,如盐类的分解、含水矿物的脱水、有机质的燃烧等会使物系重量减轻,高温氧化、反应烧结等则会使物系重量增加。

现代热重分析仪常与微分装置联用,可同时得到TG-DTG曲线。

通过测量物系质量随温度或时间的变化来揭示或间接揭示固体物系反应的机理或反应动力学规律。

固体物质中的质点,在高于绝对零度的温度下总是在其平衡位置附近作谐振动。

温度升高时,振幅增大。

当温度足够高时,晶格中的质点就会脱离晶格平衡位置,与周围其它质点产生换位作用,在单元系统中表现为烧结,在二元或多元系统则可能有新的化合物出现。

这种没有液相或气相参与,由固体物质之间直接作用所发生的反应称为纯固相反应。

实际生产过程中所发生的固相反应,往往有液相或气相参与,这就是所谓的广义固相反应,即由固体反应物出发,在高温下经过一系列物理化学变化而生成固体产物的过程。

固相反应属于非均相反应,描述其动力学规律的方程,通常采用转化率G(已反应的反应物量与反应物原始重量的比值)与反应时间t之间的积分或微分关系来表示。