固固反应.ppt

*§*①加成反应:固态反应物→固态产物②固态反应物→含气态产物的生成物③交换反应:反应物之间的阴离子和阳离子互相交换生成产物。本章仅涉及①②。§–固相间的扩散在固–固反应中扩散很重要,因为它的速度缓慢,成为速度控制步骤。主要有两类:①简单物理扩散②伴有化学反应的固–固相扩散*–Kirkendall效应1)Kirkendall效应例金棒和镍棒连在一起,在两棒连接面置一钨丝作惰性标志,在900℃长时间退火。金的扩散比镍快得多。扩散结果:惰性标志从原始位置向试样的金端移动,这种运动称为Kirkendall效应。*2)扩散规律设观察者处在随扩散运动的晶面上则,(8–1)设观察者处于静止平面上。则,(8–2)为平均速度对于穿过静止平面上的单元体积内金的积累,它等于进入该体积的金与离开的金的差值。取,则得(8–3)*将式(8–2)代入(8–3)(8–4a)同理,对于镍:(8–4b)设单位体积内空位浓度为一常量,即体积不变则(8–5)将(8–4a)(8–4b)相加,并结合(8–5)得(8–6)(8–7)这样,金的累积速度可用扩散系数和浓度梯度表示。*将(8–7)代入(8–4)得假设(8–9)则(8–10)即为Fick第二定律,为互扩散系数。(8–7)和(8–9)是一个无限扩散偶中等温扩散结果的完全描述,处理方法与扩散机理(空位扩散等)无关。可由和算出、。*–固相扩散在固–固相体系中,一旦因为相界面过程形成了产物层以后,要使反应能持续进行,一个或二个反应物必须经过该反应物层扩散和反应。除在单一物层内的扩散问题外,在某些情况下,必须经过多层产物的扩散。例如,①置换反应:AB+CD=AD+BC②生成尖晶石如*–固相扩散在固–固相体系中,一旦因为相界面过程形成了产物层以后,要使反应能持续进行,一个或二个反应物必须经过该反应物层扩散和反应。除在单一物层内的扩散问题外,在某些情况下,必须经过多层产物的扩散。例如,①置换反应:AB+CD=AD+BC②生成尖晶石如固体的扩散:单晶:主要通过空位机理进行,即离子空位梯度是扩散的驱动力。多晶:除空位扩散外,还可能有晶界扩散、表面扩散等其他扩散方式。而且进一步还有其他因素影响扩散过程,如加热时颗粒的烧结、氧化物体系中的Kirkendall效应和离子扩散时的电中性的条件等。*§–固相反应动力学模型三种限制步骤的可能性:⑴相界面上的化学反应速度控制;⑵经过一连续的产物层的扩散所控制;⑶混合控制。尖晶石生成反应步骤和机理:反应的第一阶段形成晶核。第二阶段是扩散。随着产物层厚度的增加,和通过反应物和产物扩散到反应界面困难。*影响固–固反应速率的因素:⑴固体之间的接触面积;⑵固体产物的成核速率;⑶离子通过各相特别是产物相的扩散速率。–固反应为非均相反应,故反应速度需考虑接触面积,而接触面积随反应进程而变化。对二元系(8–25)为反应界面积。或(8–26)为反应物浓度(含量)