nghiên cứu tổng hợp gốm monticelite cao.mgo.sio2 và ảnh hưởng của oxit fe2o3, cr2o3 đến cấu trúc và tính chất của gốm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN






NGUYỄN THU HIỀN








NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM MONTICELITE
CaO.MgO.SiO
2
VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA OXIT Fe
2
O
3
,
Cr
2
O
3
ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC













HÀ NỘI, 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THU HIỀN







NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM MONTICELITE
CaO.MgO.SiO
2
VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA OXIT Fe
2
O
3
,
Cr
2
O
3
ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM





Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 60 44 25




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nghiêm Xuân Thung







Hà Nội, 2011

Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
1
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1- TỔNG QUAN 2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM 2
1.1.1. Vật liệu gốm 2
1.1.2. Các phƣơng pháp tổng hợp gốm 3
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ BẬC BA CaO-MgO-SiO
2
5

1.2.1. Khái quát về các oxit trong hệ CaO-MgO-SiO
2
5
1.2.2. Khái quát về các oxit Fe
2
O
3
, Cr
2
O
3
6
1.2.3 Giới thiệu về talc 7
1.2.3.1. Nguồn gốc hình thành talc 7
1.2.3.2. Thành phần hóa học và thành phần khoáng talc 8
1.2.3.3. Cấu trúc của talc 8
1.2.3.4. Tính chất của talc 10
1.2.3.5. Ứng dụng của talc 11
1.2.4. Khái quát về gốm hệ CaO- MgO-SiO
2
11
1.3. GIỚI THIỆU VỀ GỐM MONTICELITE 13
1.3.1. Cấu trúc của Monticelite 13
1.3.2. Tính chất của gốm Monticelite 14
1.3.3. Ứng dụng của gốm Monticelite 14
1.4. GIỚI THIỆU PHẢN ỨNG GIỮA PHA RẮN 15
1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa các pha rắn 15
1.4.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng giữa các pha rắn 15
1.4.3. Phản ứng phân hủy nhiệt nội phân tử 16
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM 17

2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN 17
2.1.1. Mục tiêu của luận văn 17
2.1.2. Các nội dung nghiên cứu của luận văn 17
2.2. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 17
2.2.1. Hóa chất 17
2.2.2. Dụng cụ 17
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
2
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt 18
2.3.2. Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X 19
2.3.3. Hình ảnh quét bằng kính hiển vi điện tử SEM 20
2.3.4. Phƣơng pháp xác định các tính chất vật lí 21
2.4. THỰC NGHIỆM 25
2.4.1. Chuẩn bị mẫu 25
2.4.2. Cách làm 25
2.4.3. Phân tích nhiệt của các mẫu nghiên cứu 26
2.4.4. Khảo sát ảnh hƣởng của Crom (III) oxit , Sắt (III) oxit đến sự hình
thành Monticelite. 26
2.4.5. Khảo sát và xây dựng quy trình điều chế gốm monticelite 28
Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30
3.1. Kết quả phân tích nhiệt của các mẫu nghiên cứu 30
3.1.1. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M
1
(talc, MgO, canxi cacbonat) 30
3.1.2. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M
2
(talc, MgO, CaCO
3

, Cr
2
O
3
) 31
3.1.3. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M
7
(talc, MgO, CaCO
3
, Fe
2
O
3
) 32
3.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng crom(III) oxit , sắt(III) oxit đến sự hình
thành Monticelite và tính chất của gốm 33
3.2.1. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X ( X- Ray) 33
3.2.2. Kết quả ảnh SEM 37
3.2.3. Ảnh hƣởng của crom (III) oxit và sắt (III) oxit đến các tính chất của vật
liệu 39
3.2.3.2. Độ hút nƣớc 41
3.2.3.4. Cƣờng độ kháng nén 44
3.3. Xây dựng quy trình điều chế gốm Monticelite 46
3.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành Monticelite
3.3.2. Xác định các tính chất của vật liệu 51
3.3.3. Quy trình điều chế gốm Monticelite 53
KẾT LUẬN 54
. TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
3
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thông số cấu trúc của talc 10
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lượng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [29] 11
Bảng 1.3 : Tính chất của Monticelite……………………………………………………….14
Bảng 2.1: Thành phần các khoáng trong các mẫu 25
Bảng 3.1. Các pic đặc trưng của các pha tinh thể 34
Bảng 3.2. Kết quả xác định độ co ngót của các mẫu với hàm lượng crom (III) oxit khác
nhau. 39
Bảng 3.3. Kết quả xác định độ co ngót của các mẫu với hàm lượng sắt (III) oxit 40
khác nhau. 40
Bảng 3.4. Kết quả đo độ hút nước của các mẫu với hàm lượng Cr
2
O
3
khác nhau 41
Bảng 3.5. Kết quả đo độ hút nước của các mẫu với hàm lượng Fe
2
O
3
khác nhau 42
Bảng 3.6. Độ xốp và khối lượng riêng của các mẫu với hàm lượng crom (III) oxit khác
nhau nung ở 1200
0
C trong 1h 43
Bảng 3.7. Độ xốp và khối lượng riêng của các mẫu với hàm lượng sắt (III) oxit khác
nhau nung ở 1200

0
C trong 1h 43
Bảng 3.8. Kết quả đo cường độ nén 44
Bảng 3.9. Hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu 45
Bảng 3.10. Độ bền sốc nhiệt của các mẫu 45
Bảng 3.11. Độ chịu lửa của các mẫu 45
Bảng 3.12.Cường độ pic đặc trưng của các pha tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ nung 49
Bảng 3.13. Các tính chất vật lý của mẫu ở các nhiệt độ nung khác nhau 51
Bảng 3.14. Các tính chất của mẫu M11- 1200
0
C 52

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Phương pháp gốm truyền thống để sản xuất vật liệu gốm 4
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể talc 9
Hình 1.3. Hệ bậc ba CaO – MgO – SiO2 12
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
4
Hình 2.1. Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt 19
Hình 2.2. Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg 20
Hình 2.3. Sơ đồ khối các bộ phận của kính hiển vi điện tử quét 21
Hình 2.4. Mô hình thiết bị đo cường độ kháng nén 23
Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp 30
Hình 3.2. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp 31
Hình 3.3. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp 32
Hình 3.4.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Monticelite vào hàm lượng crom
(III) oxit. 35
Hình 3.5.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Monticelite vào hàm lượng

sắt (III) oxit. 36
Hình 3.6. Ảnh SEM của mẫu M3 37
Hình 3.7. Ảnh SEM của mẫu M6 38
Hình 3.8.Ảnh SEM của mẫu M7 38
Hình 3.9.Ảnh SEM của mẫu 11 39
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn độ co ngót của các mẫu với hàm lượng Cr
2
O
3
khác nhau 40
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn độ co ngót của các mẫu với hàm lượngFe
2
O
3
khác nhau 41
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng Cr
2
O
3
42
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng Fe
2
O
3
43
Hình 3.14. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1050 47
Hình 3.15. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1100………………………………… 47
Hình 3.16.Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1150 48
Hình 3.17. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1200………………………………… 48
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Monticelite vào nhiệt độ 50

Hình 3.19.Ảnh SEM của mẫu M 11 50


Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
1
MỞ ĐẦU
Công nghiệp gốm sứ là một trong những ngành cổ truyền được phát triển rất
sớm. Từ hơn 9000 năm trước công nguyên vật liệu gốm đã được con người biết đến
và sử dụng. Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, vật liệu gốm
càng ngày càng được sử dụng rộng rãi, đặc biệt sự ra đời của nhiều loại gốm mới
với nhiều đặc tính ưu việt đang trở thành đề tài được rất nhiều nhà khoa học trên thế
giới và trong nước quan tâm nghiên cứu.
Gốm Monticelite (CaO.MgO.SiO
2
) [15,19,25] là một trong những loại gốm
mới có nhiều tính chất vượt trội: như có độ bền cơ học cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp,
không phản ứng với axit, bazơ, với tác nhân oxi hóa, có hoạt tính sinh học, không
có tính độc với sự phát triển của tế bào…Với những đặc tính như vậy nên gốm
Monticelite được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau: công nghệ xây
dựng, công nghệ điện, điện tử, sinh học…
Do vậy, việc nghiên cứu tổng hợp gốm Monticelite sẽ góp phần vào sự phát
triển của ngành công nghệ vật liệu gốm.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tổng hợp gốm Monticelite đã được các
tác giả [ 10,12,13] nghiên cứu: Phương pháp truyền thống, phương pháp đồng kết
tủa, phương pháp sol-gel, phương pháp khuếch tán pha rắn vào pha lỏng…Trong
đó, phương pháp gốm truyền thống có nhiều ưu điểm về cách phối trộn nguyên liệu
ban đầu dẫn đến sự đồng nhất cao về sản phẩm. Không những thế, xu thế hiện nay,
người ta đi tổng hợp gốm Monticelite từ các khoáng chất có sẵn trong tự nhiên
[23,28] như: đá vôi, khoáng talc, thạch anh…để thu được Monticelite có giá thành

rẻ mà vẫn giữ được những đặc tính quan trọng.
Với mục đích sử dụng nguồn nguyên liệu khoáng sản sẵn có của Việt Nam
để sản xuất các vật liệu gốm phục vụ cho sự phát triển kinh tế của đất nước, tôi
chọn đề tài cho luận văn : “Nghiên cứu tổng hợp gốm Monticelite CaO.MgO.SiO
2
và ảnh hƣởng của oxit Fe
2
O
3
, Cr
2
O
3
đến cấu trúc và tính chất của gốm ”.


Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
2
Chƣơng 1- TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM
1.1.1. Vật liệu gốm [10]
Gốm là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể bao gồm các hợp chất giữa kim loại
và á kim như: kim loại với oxi (các oxit), kim loại với nitơ (các nitrua), kim loại với
cacbon (các cacbua), kim loại với silic (các silixua), kim loại với lưu huỳnh (các
sunfua)… Liên kết chủ yếu trong vật liệu gốm là liên kết ion, tuy nhiên cũng có
trường hợp liên kết cộng hóa trị đóng vai trò chính.
Vật liệu gốm có nhiều đặc tính quí về cơ, nhiệt, điện, từ, quang… do đó đóng
vai trò quan trọng trong hầu hết các ngành công nghiệp.
Về đặc tính cơ, vật liệu gốm có độ rắn cao nên được dùng làm vật liệu mài, vật

liệu giá đỡ…
Về đặc tính nhiệt, vật liệu gốm có nhiệt độ nóng chảy cao, đặc biệt là hệ số
giãn nở nhiệt thấp nên được dùng làm các thiết bị đòi hỏi có độ bền nhiệt, chịu được
các xung nhiệt lớn (lót lò, bọc tàu vũ trụ…).
Về đặc tính điện, độ dẫn điện của vật liệu gốm thay đổi trong một phạm vi khá
rộng từ dưới 10 
-1
.cm
-1
đến 10
-12

-1
.cm
-1
. Có loại vật liệu gốm trong đó phần tử
dẫn điện là electron như trong kim loại, cũng có loại vật liệu gốm trong đó ion đóng
vai trò là phần tử dẫn điện. Do đó ta có thể tổng hợp nhiều loại vật liệu gốm kĩ thuật
khác nhau như gốm cách điện, gốm bán dẫn, gốm siêu dẫn điện…
Đặc tính từ của vật liệu gốm rất đa dạng. Ta có thể tổng hợp được gốm nghịch
từ, gốm thuận từ, gốm sắt từ, gốm phản sắt từ với độ từ cảm thay đổi từ 0 đến 10
phụ thuộc rất đa dạng vào nhiệt độ cũng như từ trường ngoài.
Về đặc tính quang, ta có thể tổng hợp được các loại vật liệu có các tính chất
quang học khác nhau như vật liệu phát quang dưới tác dụng của dòng điện (chất
điện phát quang), vật liệu phát quang dưới tác dụng của ánh sáng (chất lân quang)
hoặc các loại gốm sử dụng trong thiết bị phát tia laze.
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
3
Vật liệu gốm đã góp phần đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển của mọi

ngành khoa học kỹ thuật và công nghiệp cuối thế kỉ XX như công nghệ vật liệu xây
dựng, công nghệ chế tạo máy, giao thông vận tải, công nghệ thông tin, kỹ thuật
điện, từ, quang, công nghệ chinh phục vũ trụ…
1.1.2. Các phƣơng pháp tổng hợp gốm [10]
1.1.2.1. Phƣơng pháp sol-gel
Ƣu điểm :
- Có thể tổng hợp được gốm dưới dạng bột với cấp hạt cỡ micromet, nanomet.
- Có thể tổng hợp gốm dưới dạng màng mỏng, dưới dạng sợi đường kính <1mm.
- Nhiệt độ tổng hợp không cần cao.
Nguyên tắc của phương pháp [10,21] này là tạo ra các dung dịch theo đúng tỉ
lệ hợp thức của sản phẩm và trộn lẫn với nhau tạo thành hệ sol, sau đó chuyển từ
dạng sol thành gel rồi sấy khô để thu được sản phẩm .
Phương pháp này cũng mắc phải một số khó khăn đó là chịu ảnh hưởng của
nhiều yếu tố như thành phần nguyên liệu ban đầu, cách thức thực hiện quá trình
thủy phân các hợp chất của Si, Ca và Al rất nhạy cảm với những thay đổi (xúc tác
axit-bazơ, sử dụng nhiệt duy trì trong quá trình thủy phân, thời gian thủy phân,chất
phân tán, chất chống keo tụ ).
Là quá trình tổng hợp rất phức tạp, phải sử dụng dung môi để thủy phân các
hợp chất cơ kim (thường là các alkoxide) rất đắt tiền, nên hạn chế phần nào ứng
dụng của nó trong thực tế.
1.1.2.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa
Các chất ở dạng dung dịch rồi tiến hành kết tủa đồng thời, sản phẩm thu được
tiến hành lọc, rửa rồi sấy, nung. Phương pháp này cho phép khuếch tán các chất
tham gia phản ứng khá tốt, tăng đáng kể diện tích bề mặt tiếp xúc của các chất phản
ứng. Nhưng với phương pháp này gặp khó khăn là phải đảm bảo tỉ lệ hợp thức của
các chất trong hỗn hợp kết tủa đúng với sản phẩm gốm mong muốn.
1.1.2.3. Phƣơng pháp phân tán rắn - lỏng
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
4

Nguyên tắc của phương pháp này là phân tán pha rắn ban đầu vào pha lỏng,
rồi tiến hành kết tủa pha rắn thứ hai. Khi đó, các hạt pha kết tủa sẽ bám xung quanh
hạt pha rắn ban đầu, làm cho mức độ phân bố của chúng đồng đều hơn, tăng diện
tích tiếp xúc cũng như tăng hoạt tính của các chất tham gia phản ứng, do đó làm
giảm nhiệt độ phản ứng xuống thấp hơn nhiều so với phương pháp gốm truyền
thống. Vì vậy, phương pháp này được sử dụng khá nhiều trong kỹ thuật tổng hợp
vật liệu. Tuy nhiên nhược điểm lớn của phương pháp này rất khó khăn trong việc
đảm bảo tỷ lệ hợp thức của sản phẩm.
1.1.2.4. Phƣơng pháp điều chế gốm truyền thống
Có thể mô tả phương pháp gốm truyền thống theo dạng sơ đồ sau:





Hình 1.1. Phƣơng pháp gốm truyền thống để sản xuất vật liệu gốm
Trong sơ đồ:
Giai đoạn chuẩn bị phối liệu: tính toán thành phần của nguyêu liệu ban đầu (đi
từ các ôxit, hiđroxit, hoặc các muối vô cơ ) sao cho đạt tỷ lệ hợp thức của sản
phẩm muốn điều chế.
Giai đoạn nghiền, trộn: nghiền mịn nguyên liệu để tăng diện tích tiếp xúc giữa
các chất phản ứng và khuyếch tán đồng đều các chất trong hỗn hợp. Khi nghiền ta
có thể cho một lượng ít dung môi vào cho dễ nghiền [12,18,22] . Phải chọn loại
dung môi nào để trong quá trình nghiền dễ thoát ra khỏi phối liệu ( có thể dùng rượu
etylic, axeton… ).
Giai đoạn ép viên: nhằm tăng độ tiếp xúc giữa các chất phản ứng. Kích thước
và độ dày của viên mẫu tùy thuộc vào khuôn và mức độ dẫn nhiệt của phối liệu. Áp
lực nén tùy thuộc vào điều kiện thiết bị có thể đạt tới vài tấn/cm
2
. Dùng thiết bị nén

tới hàng trăm tấn thì trong viên phối liệu vẫn chứa khoảng 20% thể tích là lỗ xốp và
Chuẩn bị
Phối liệu
Nghiền
Trộn
Ép viên
Nung
Sản
phẩm
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
5
các mao quản. Để thu được mẫu phối liệu có độ xốp thấp cần phải sử dụng phương
pháp nén nóng (tức là vừa nén vừa gia nhiệt). Việc tác động đồng thời cả nhiệt độ
và áp suất đòi hỏi phải có thời gian để thu được mẫu phối liệu có độ chắc đặc cao.
Giai đoạn nung: là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn đây là công đoạn được
xem là quan trọng nhất. Phản ứng giữa các pha rắn không thể thực hiện hoàn toàn,
nghĩa là sản phẩm vẫn còn có mặt chất ban đầu chưa phản ứng hết nên thường phải
tiến hành nghiền trộn lại rồi ép viên, nung lại lần hai. Đôi lúc còn phải tiến hành
nung vài lần như vậy.
Bên cạnh các phương pháp tổng hợp đã trình bày ở trên còn có một số phương
pháp tổng hợp khác như: kết tinh từ dung dịch, điện hoá, tự bốc cháy, thủy nhiệt …
Phương pháp gốm truyền thống thuận lợi trong khâu trộn phối liệu. Vì vậy
chúng tôi lựa chọn phương pháp gốm truyền thống để tổng hợp gốm Monticelite.
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ BẬC BA CaO-MgO-SiO
2

1.2.1. Khái quát về các oxit trong hệ CaO-MgO-SiO
2

1.2.1.1. Canxi oxit (CaO) [29]
Phân tử gam : 56,08 g/mol.
Tỷ trọng : 3,35 g/cm
3

Điểm nóng chảy : 2572
0
C
Điểm sôi : 2850
0
C
Độ tan trong nước : có phản ứng với nước.
Canxi oxit là chất rắn màu trắng, dạng tinh thể lập phương tâm mặt. Về mặt
hóa học canxi oxit là một oxit bazơ, có thể bị kim loại kiềm, nhôm, silic khử về kim
loại. Canxi oxit chủ yếu được điều chế từ canxi cacbonat (CaCO
3
) bằng cách phân
hủy nhiệt ở khoảng 900
0
C.
CaCO
3

0
900


CaO + CO
2

1.2.1.2. Magie oxit (MgO) [29]
Phân tử gam : 40,30 g/mol
Tỷ trọng : 1,5 g/cm
3

Điểm nóng chảy : 2852
0
C
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
6
Điểm sôi : 3600
0
C
Cũng giống như canxi ôxit, magiê ôxit là chất bột hoặc cục màu trắng, dạng
bột tan ít và tan rất chậm trong nước. Nguồn MgO là khoáng talc [17,18,20],
đôlômit, cacbonat magiê… Magie oxit có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt, có
nhiệt độ nóng chảy cao. Tuy nhiên MgO dễ dàng tạo pha ơtecti với các ôxít khác và
nóng chảy ở nhiệt độ rất thấp. Độ giãn nở nhiệt thấp và khả năng chống rạn men là
hai đặc tính quan trọng của ôxít magiê.
1.2.1.3. Silic oxit (SiO
2
) [4, 29]
Ở điều kiện thường, SiO
2
thường tồn tại ở các dạng thù hình là : thạch anh,
tridimit và cristobalit. Mỗi một dạng thù hình này lại có hai dạng : dạng  bền ở
nhiệt độ thấp và dạng  bền ở nhiệt độ cao.
Tất cả các dạng tinh thể này đều bao gồm các nhóm tứ diện SiO
4

nối với nhau
qua nguyên tử oxi chung. Trong tứ diện SiO
4
, nguyên tử Si nằm ở tâm tứ diện liên
kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử oxi nằm ở đỉnh của tứ diện.
Ở nhiệt độ thường chỉ có thạch anh α bền nhất còn các tinh thể khác là giả
bền. Thạch anh nóng chảy ở 1600-1670
0
C nhiệt độ nóng chảy của nó không thể xác
định chính xác được vì sự biến hóa một phần sang những dạng đa hình khác với tỉ lệ
khác nhau tùy theo điều kiện bên ngoài [3.,8,23]
Về mặt hóa học SiO
2
rất trơ, nó không tác dụng với oxi, clo, brom và các axit kể cả
khi đun nóng. Nó chỉ tác dụng với flo và HF ở điều kiện thường.
1.2.2. Khái quát về các oxit Fe
2
O
3
, Cr
2
O
3
1.2.2.1. Sắt (III) oxit ( Fe
2
O
3
)[29]
Phân tử gam : 159,69 g/mol.
Tỷ trọng : 5,242 g/cm

3

Điểm nóng chảy : 1566
0
C
Bán kính nguyên tử Fe 0,124Å, bán kính ion Fe
3+
0,067Å
Độ tan trong nước : không phản ứng với nước.
Sắt (III) oxit là chất rắn màu đỏ nâu, dạng tam tà. Về mặt hóa học sắt (III) oxit là
một oxit bazơ nên dễ dàng tan trong các dung dịch axit mạnh,bền nhiệt, không phản
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
7
ứng với nước, hidrat amoniac. Thể hiện lưỡng tính: phản ứng với axit, kiềm, bị
hidro, cacbonmonoxit, sắt khử. Sắt (III) oxit có thể điều chế bằng phản ứng phân
hủy Fe(OH)
3
ở nhiệt độ cao. Sắt (III) oxit có trong tự nhiên dưới dạng quặng
hematit.
1.2.2.2. Crom (III) oxit ( Cr
2
O
3
)[29]
Phân tử gam : 151,99 g/mol
Tỷ trọng : 5,21 g/cm
3

Điểm nóng chảy : 2340

0
C
Điểm sôi : 3000
0
C
Bán kính nguyên tử crom 0,145Å, bán kính ion Cr
3+
0,057Å
Crom (III) oxit là chất rắn, màu lục thẫm, không tan trong nước. Về mặt hóa học
Crom (III) oxit là một oxit lưỡng tính, tan được trong dung dịch axit và dung dịch
kiềm. Được dùng tạo màu lục cho đồ sứ, đồ thủy tinh.
1.2.3 Giới thiệu về talc
1.2.3.1. Nguồn gốc hình thành talc
Talc là một khoáng vật [2,5] được hình thành từ quá trình biến chất các
khoáng vật magie như pyroxen, amphiboli, olivin có mặt của nước và cacbon đioxit.
Quá trình này tạo ra các đá tương ứng gọi là talc cacbonat.
Talc ban đầu được hình thành bởi sự hydrat và cacbonat hóa serpentin, theo
chuỗi phản ứng sau:
Serpentin + cacbon đioxit → Talc + manhezite + nước
2Mg
3
Si
2
O
5
(OH)
4
+ CO
2
 Mg

3
Si
4
O
10
(OH)
2
+ 3 MgCO
3
+ 3 H
2
O
Talc cũng được tạo thành từ magie chlorit và thạch anh có mặt trong đá phiến
lục và eclogit qua phản ứng biến chất.
Chlorite + thạch anh  Kyanite + talc + H
2
O
Trong phản ứng này, tỉ lệ talc và kyanite phụ thuộc vào hàm lượng nhôm
trong đá giàu nhôm. Quá trình này xảy ra trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ
thấp thường tạo ra phengite, granate, glaucophan trong tướng phiến lục. Các đá có
màu trắng, dễ vỡ vụn và dạng sợi được gọi là phiến đá trắng.
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
8
1.2.3.2. Thành phần hóa học và thành phần khoáng talc
+ Thành phần hóa học
Talc tinh khiết có công thức hóa học là Mg
3
Si
4

O
10
(OH)
2
với tỷ lệ MgO: 31,9%
, SiO
2
: 63,4% và H
2
O: 4,7%. Tuy nhiên quặng talc trong tự nhiên thường chứa các
tạp chất như FeO, Fe
2
O
3
, Al
2
O
3
, Na
2
O, K
2
O, CaO hàm lượng các tạp chất thường
chứa vài phần trăm. Trong những tạp chất trên người ta lưu ý nhiều đến thành phần
của các oxit kim loại nhóm d vì chúng có khả năng gây màu, gây màu mạnh nhất là
oxit sắt. Nếu sử dụng talc làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ hay vật liệu chịu lửa thì
người ta thường chọn talc có thành phần oxit sắt nhỏ. Màu của talc thường là màu
xanh sáng,
trắng hoặc xanh xám. Nếu oxit sắt lớn thì có màu trắng ngà hoặc phớt hồng.
+ Thành phần khoáng vật

Do nguồn gốc của talc được hình thành từ quá trình biến đổi nhiệt dịch đá giàu
magie, các đá silicat trầm tích, các đá cacbonat magie nên ngoài talc
Mg
3
[Si
4
O
10
(OH)
2
] thì quặng có chứa MgO còn có các khoáng như: dolomite
Mg.Ca(CO
3
)
2
; manhezite MgCO
3
; serpentin 4MgO.2SiO
2
.2H
2
O; actinolite
Ca
2
Fe
5
[Si
4
O
11

]
2
.(OH)
2
; manhetite Fe
3
O
4
; hemantite Fe
2
O
3
…
1.2.3.3. Cấu trúc của talc [3, 17]
Khoáng chất talc có cấu trúc tinh thể và ở dạng cấu trúc lớp: tứ diện –bát diện-
tứ diện (T-O-T). Hình 1.1 mô tả cấu trúc tinh thể của talc.
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
9


Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể talc
Cấu trúc lớp cơ bản của talc được tạo thành từ lớp bát diện Mg-O
2
/hyđroxyl
nằm kẹp giữa 2 lớp tứ diện SiO
2
.Các lớp đều trung hòa điện tích, xen giữa chúng
không có cation trao đổi và chúng liên kết với nhau bằng lực liên kết yếu. Điều này
dẫn đến độ cứng thấp và khuyết tật trong trình tự các lớp của talc.

Talc có thể kết tinh trong hai hệ tinh thể khác nhau: một nghiêng và ba
nghiêng. Thông số cấu trúc tinh thể tế bào đơn vị hệ một nghiêng và ba nghiêng
được trình bày trong bảng 1.1.
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
10
Bảng 1.1. Thông số cấu trúc của talc
Thông số tế bào đơn vị
Một nghiêng
Ba nghiêng
a (
0
A
)
5,28
5,290
b (
0
A
)
9,15
9,173
c (
0
A
)
18,92
9,460
 (
0

)
90,00
98,68
 (
0
)
100,15
119,90
 (
0
)
90,00
85,27
Z
4
2
Nhóm không gian
C2/c
1C


Khi các lớp TOT chồng lên nhau thì các vòng sáu tứ diện của chúng không
đối nhau trực diện, mà lệch nhau một khoảng bằng 1/3 cạnh a của ô cơ sở. Mặt
khác, vòng sáu cạnh tứ diện không đối xứng sáu phương, mà ba phương kép do các
tứ diện tự xoay một góc quanh trục đứng. Vậy, talc có những loại cấu trúc như 1Tc
(một lớp ba nghiêng), 2M (hai lớp một nghiêng) và 2O (hai lớp trực thoi).
Tinh thể talc có dạng hình vẩy. Thường tập hợp tạo các lá hay khối sít đặc. Do
lực liên kết các vảy nhỏ nên sờ tay có cảm giác mỡ.
1.2.3.4. Tính chất của talc [2, 3, 29]
Trong các loại khoáng chất có trong tự nhiên, bột talc là loại bột mềm nhất (độ

cứng 1 Moh), có khả năng giữ mùi thơm lâu và đặc biệt là có độ sạch cao. Tỷ trọng
của bột talc dao động trong khoảng 2,58 - 2,83 g/cm
3
, talc nóng chảy ở 1500
0
C.
Tính kỵ nước và trơ về mặt hóa học, dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Talc không tan
trong nước cũng như trong dung dịch axit hay bazơ yếu. Mặc dù có rất ít khả năng
gây phản ứng hóa học nhưng talc có một mối quan hệ rõ rệt với các chất hữu cơ tức
là nó ưa các hợp chất hữu cơ.
Khi nung talc có hiệu ứng nhiệt mạnh bắt đầu từ 900
0
C, thông thường là 920-
1060
0
C nếu nung nóng trong môi trường không khí. Ở khoảng nhiệt độ này talc bị
mất nước hóa học tạo thành metasilicat magie.
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
11
3MgO.4SiO
2
.H
2
O  3(MgO.SiO
2
) + SiO
2
+ H
2

O
Khi đó SiO
2
được tách ra ở trạng thái vô định hình. Ở 1100
0
C nó chuyển một
phần sang cristobalit kèm theo giãn nở thể tích. cristobalit có khối lượng riêng nhỏ
và nó sẽ bù trừ sức co khi nung talc. Vì thế thể tích quặng talc khi nung thực tế ổn
định. Nhờ tính ổn định thể tích và độ mềm của nó cho phép ta có thể sử dụng quặng
talc cưa thành những viên gạch xây lò, buồng đốt nhiên liệu khí.
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lƣợng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [29]
Loại
Hàm lƣợng Talc trung
bình %
Mất khi nung ở
1000 °C, %
Khả năng hòa tan trong
HCl, tối đa %
A
95
4 – 6,5
5
B
90
4 – 9
10
C
70
4 – 18
30

D
50
4 – 27
30
1.2.3.5. Ứng dụng của talc
Với các tính chất của talc như: cấu trúc dạng phiến, mềm, kỵ nước, ưa dầu và
có thành phần khoáng, thành phần hóa nên Talc được ứng dụng rộng rãi trong các
ngành công nghiệp như gốm, sơn, mĩ phẩm, polime, trong nông nghiệp, thực phẩm,
công nghiệp giấy, công nghiệp cao su, nhựa …[12, 29]
1.2.4. Khái quát về gốm hệ CaO- MgO-SiO
2
[16]
Gốm hệ CaO.MgO.SiO
2
với những tính chất tốt về mặt cơ học và mặt hóa học
như: Trong suốt, độ bền cơ học cao, chịu mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt thấp, bền
trong môi trường axit và bazơ do đó có nhiều ứng dụng trong y học, gốm phủ…Tuy
nhiên hệ này đòi hỏi nhiệt độ tổng hợp tương đối cao (hình 1.4). Để giảm được
nhiệt độ tổng hợp trước hết thành phần nguyên liệu cần phải được tối ưu hóa sao
cho gần với điểm ơtecti của hệ.

Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
12

Hình 1.3. Hệ bậc ba CaO – MgO – SiO2
Nhìn vào giản đồ pha ta thấy:
Các pha xảy ra trong ba hệ hai cấu tử chính cũng có miền trong hệ ba cấu tử là:
(1) Cristobalite (SiO
2

), (2) tridymite (SiO
2
), (3) pseudowollastonite (-CaO.SiO
2
),
(4) tricalcium di-silicat (3CaO. 2SiO
2
), (5) - canxi orthosilicate (-2CaO.SiO
2
),
(6) vôi (CaO), (7) periclase (MgO), (8) forsterit (2MgO.SiO
2
).
Các hợp chất hai cấu tử không có miền trong hệ bậc ba là: (1) Tricalcium
silicat, 3CaO.SiO
2
, (2) clino-enstatite (MgO.SiO
2
).
Hợp chất ba cấu tử của hệ CaO. MgO.SiO
2
điểm dễ nóng chảy nhất ứng với
thành phần % về số mol như sau : 0,8 MgO; 61,4 SiO
2
; 30,6 CaO ở nhiệt độ
1320
0
C. Trong hệ có bốn hợp chất 3 cấu tử:

Diopside: CaO.MgO.2SiO
2
Monticelite: CaO.MgO.SiO
2

Merwinit: 3CaO.MgO.2SiO
2

Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
13
Akermanite: 2CaO.MgO.2SiO
2
Trong luận văn này chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu gốm Monticelite
(CaO.MgO.SiO
2
).
1.3. GIỚI THIỆU VỀ GỐM MONTICELITE
1.3.1. Cấu trúc của Monticelite
Monticelite có công thức CaO.MgO.SiO
2
hay CaMgSiO
4
. Theo lý thuyết
gồm có 25,64% MgO; 35,9% CaO và 38,46% SiO
2
về khối lượng. Monticelite
thuộc họ Olevin (Mg,Fe)
2
SiO

4
xếp chặt theo luật 6 phương ABABAB, tinh thể hệ
trực thoi, được thể hiện trên hình 1.4




Hình 1.4. cấu trúc Monticelite CaO.MgO.SiO
2
: (a) tế bào đơn vị chiếu xuống
trục b; (b) tế bào đơn vị chiếu xuống trục c.
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
14
Monticelite thuộc hệ tinh thể hệ trực thoi, có thông số mạng a= 0,4815 nm,
b= 1,108 nm, c= 0,637 nm, = 90
0
, = 90
0
, =90
0
, Z = 4.
Cấu trúc mạng lưới tinh thể Monticelite đều có ion Mg
2+
nằm ở vị trí bát diện
còn Ca
2+
và Si
4+
nằm ở vị trí tứ diện là chính. Vì vậy Monticelite có thể thay thế

đồng hình các ion M
2+
, M
3+
, M
4+
vào mạng lưới cấu trúc của nó tạo nên các dung
dịch rắn thay thế hay xâm nhập. Theo nguyên tắc thay thế đồng hình Goldsmit, với
cấu trúc của Monticelite có thể thay thế Fe
3+
, Co
2+
và Cr
3+
, bằng những cation có
bán kính ion chênh lệch không quá 15% và điện tích chênh lệch không quá 1 đơn vị.
Các dung dịch rắn thu được bằng các thay thế hay xâm nhập làm thay đổi cấu
trúc mạng lưới, tạo ra lỗ trống làm cho vật liệu có những tính chất đặc biệt và được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Theo các tác giả [4, 10, 11, 16]. Khi sử dụng nguyên liệu đầu để điều chế gốm,
nếu có lẫn thêm các oxit Fe
2
O
3
, Al
2
O
3
, Cr
2

O
3
, các chất này sẽ phản ứng để tạo các
khoáng khác nhau hay tạo màu. Trong môi trường oxi hóa magie oxit với các oxit
trên sẽ tạo thành tinh thể ferit. Magie oxit và ferit sẽ hòa tan lẫn nhau để tạo thành
dung dịch rắn ở nhiệt độ thấp. Khi sử dụng các phụ gia là oxit M
2
O
3
sẽ làm tăng quá
trình kết khối và tái kết tinh tinh thể trong gốm.
1.3.2. Tính chất của gốm Monticelite
Các tính chất của gốm Monticelite được thể hiện trên bảng 1.3
Bảng 1.3 : Tính chất của Monticelite
Mẫu gốm
Độ cứng
Morh
d
g/cm
3
R
n

Kg/cm
2

α(10
-6
K
-1

)
Bền nhiệt
T
0
c
Hằng số điện
môi ε(50Hz)
Monticelite
5,5
3,17
300
3,5 – 4,5
1100
6

1.3.3. Ứng dụng của gốm Monticelite
Monticelite dựa trên nền gốm và gốm thủy tinh có nhiều tiềm năng ứng dụng
trong các lĩnh vực công nghệ khác nhau như y học, gốm phủ, gốm cách điện, bán
dẫn, chịu nhiệt….Đặc biệt là trong lĩnh vực vật liệu sinh học.
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
15
Monticelite (CaO.MgO.SiO
2
) đôi khi được sử dụng trong lĩnh vực đá quý[3]
như là một mẫu vật khoáng sản.
1.4. GIỚI THIỆU PHẢN ỨNG GIỮA PHA RẮN
1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa các pha rắn [10]
Các chất tham gia phản ứng đều nằm định vị tại các nút mạng tinh thể của chất
ban đầu. Phản ứng chỉ xảy ra tại bề mặt tiếp xúc giữa hai pha rắn của chất tham gia,

tốc độ phản ứng xảy ra chậm và không đạt trạng thái cân bằng. Phản ứng pha rắn
phụ thuộc vào sự sắp xếp của các cấu tử phản ứng trong mạng lưới tinh thể. Cấu
trúc tinh thể và khuyết tật mạng lưới có ảnh hưởng quyết định đến khả năng phản
ứng của chất rắn. Phản ứng bao gồm hai giai đoạn:
+ Giai đoạn tạo mầm
Quá trình này đòi hỏi làm đứt một số liên kết cũ trong các chất phản ứng,
hình thành một số liên kết mới trong sản phẩm. Điều này chỉ có thể xảy ra khi có sự
phân bố lại các ion ở chỗ tiếp xúc.
+ Giai đoạn phát triển mầm tinh thể sản phẩm
Sau khi đã có một lớp mầm tinh thể sản phẩm thì đến giai đoạn phát triển lớp
tinh thể đó. Để thực hiện quá trình này sẽ có sự khuếch tán ngược chiều các cation
hay gọi cơ chế C.Wagner.
1.4.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng giữa các pha rắn
Quá trình thực hiện phản ứng giữa các chất rắn gồm các bước: chuẩn bị chất
rắn đa tinh thể, tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao.
Một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để chuẩn bị chất rắn đa
tinh thể (dạng bột) là thực hiện phản ứng trực tiếp hỗn hợp các nguyên liệu ban đầu
với pha rắn. Vì vậy tốc độ phản ứng quyết định đến quá trình phản ứng. Hai yếu tố
này bị chi phối bởi nhiều yếu tố.
+ Nhiệt độ nung:
+ Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản ứng
+ Đặc điểm cấu trúc của các chất ban đầu
+ Chất khoáng hóa
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
16
1.4.3. Phản ứng phân hủy nhiệt nội phân tử [10]
Khái niệm này dùng để chỉ cho phản ứng tổng hợp một pha rắn mới xảy ra
khi phân hủy nhiệt một pha rắn ban đầu có chứa các hợp phần cần thiết cho pha
rắn mới.

Khác hẳn với phản ứng xảy ra giữa các pha rắn, phản ứng phân hủy nhiệt nôi
phân tử xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều.
Ví dụ: để tổng hợp mulit bằng phản ứng giữa các oxit silic và oxit nhôm
trong trường hợp đi từ các chất ban đầu tinh khiết hoàn toàn không có chất khoáng
hóa, thì nhìn trên giản đồ hệ bậc hai Al
2
O
3
-SiO
2
ta thấy ít nhất phải nung lên đến
1585
0
C (nhiệt độ bắt đầu xuất hiện pha lỏng). Trong đó khi ta nung caolinit lên đến
1000
0
C đã bắt đầu xuất hiện pha mulit.
Phương pháp sử dụng phân hủy nhiệt nội phân tử không chỉ giúp tổng hợp
gốm hệ bậc hai mà còn có thể sử dụng để tổng hợp gốm bậc cao hơn, Ví dụ tổng
hợp cordierit 2MgO.2Al
2
O
3
.5SiO
2
ta có thể sử dụng phản ứng phân hủy nhiệt mạng
caolinit và bằng một thủ thuật có thêm oxit magie vào. Về lý thuyết chúng ta thấy
trong quá trình phân hủy nhiệt thì các oxit có trong hợp chất ban đầu đã được phân
bố hoàn toàn có trật tự ở mức độ nguyên tử, mặt khác sản phẩm vừa mới phân hủy
đang ở trạng thái rất hoạt động do đó phản ứng hình thành mầm tinh thể sản phẩm

có thể xảy ra một cách nhanh chóng.
Vậy là do xảy ra phản ứng nội phân tử đã làm giảm nhiệt độ phản ứng giữa
các pha rắn.Trong sản xuất gốm việc giảm được nhiệt độ nung thiêu kết là rất quan
trọng vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành tổng hợp gốm Monticellite
từ khoáng talc.
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
17
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM
2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN
2.1.1. Mục tiêu của luận văn
Nghiên cứu tổng hợp gốm Monticelite CaO.MgO.SiO
2
và ảnh hưởng của
oxit Fe
2
O
3
, Cr
2
O
3
đến cấu trúc và tính chất của gốm.
2.1.2. Các nội dung nghiên cứu của luận văn
* Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều chế gốm Monticelite.
- Thành phần hóa học.
- Nhiệt độ nung thiêu kết.
- Thời gian nung thiêu kết.
* Nghiên cứu cấu trúc, tính chất của gốm.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của sắt (III) oxit đến cấu trúc, tính chất của gốm.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của crom (III) oxit đến cấu trúc, tính chấtcủa gốm.
- Sử dụng các phương pháp: DTA, TG, TMA, XRD, SEM để nghiên cứu cấu
trúc, thành phần và tính chất của gốm.
2.2. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT
2.2.1. Hóa chất
- Bột talc được lấy từ Thanh Sơn - Phú Thọ
- Silic đioxit SiO
2
- Canxi cacbonat CaCO
3
- Axit Boric H
3
BO
3
- Crom (III) oxit Cr
2
O
3
- Sắt (III) oxit Fe
2
O
3

- Canxi Florua CaF
2

- Natri cacbonat Na
2
CO
3

- Chất kết dính PVA
Các hóa chất được sử dụng là loại tinh khiết của Trung Quốc.
2.2.2. Dụng cụ
- Cốc thủy tinh, đũa thủy tinh, khay nung mẫu.
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
18
- Lò nung, tủ sấy, cân kĩ thuật (chính xác 10
-1
, 10
-2
), cân phân tích chính xác
10
-3
, thước đo kĩ thuật chính xác 0,02 mm.
- Máy nghiền bi ( Fristch, Đức).
- Máy nhiễu xạ tia X SIEMEN D 5005 (Đức).
- Máy phân tích nhiệt DTA/TG - Đại học Bách Khoa Hà Nội.
- Máy chụp ảnh SEM (Trung tâm Khoa học Vật liệu- Khoa Vật lý – Trường
Đại học Khoa học Tự Nhiên- ĐHQGHN).
- Máy đo cường độ kháng nén IBERTEST (European) của tổng cục đo lường
chất lượng Việt Nam.
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt [7]
Phương pháp phân tích nhiệt giúp xác định các hiệu ứng nhiệt, sự thay đổi
khối lượng của mẫu nghiên cứu ứng với các quá trình biến hóa xảy ra ở một nhiệt
độ xác định. Trên cơ sở đó người ta xác định được mẫu nghiên cứu đã xảy ra quá
trình hóa học gì? ở nhiệt độ nào và mức độ mạnh hay yếu?
Hiệu ứng nhiệt được ghi dưới dạng đường đốt nóng hoặc các dạng khác như

đường vi phân DTA Đường đốt nóng cho phép xác định nhiệt độ tại đó có hiệu
ứng nhiệt, cũng như giá trị của hiệu ứng nhiệt và dấu của nó.
Trong phân tích nhiệt, chủ yếu người ta dùng đường DTA. Đường DTA được
ghi dưới dạng đồ thị: sự phụ thuộc của T (hiệu nhiệt độ giữa mẫu và chất chuẩn)
vào thời gian t hoặc nhiệt độ T. Độ nhạy của đường vi phân (DTA) rất lớn gấp 10-
15 lần so với đường nhiệt độ. Do đó đường DTA cho phép quan sát được hiệu ứng
nhiệt rất nhỏ của mẫu nghiên cứu.
Bằng thiết bị phân tích nhiệt chuyên dụng có thể ghi được sự thay đổi khối
lượng chất khi đốt nóng dưới dạng đường khối lượng (TG) hay đường vi phân khối
lượng (DTG). Đường khối lượng (TG) là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của khối
lượng mẫu nghiên cứu vào nhiệt độ T hay thời gian t. Đường TG chỉ ra sự thay đổi
khối lượng chất nghiên cứu từ đầu đến cuối thí nghiệm. Từ đường TG có thể thu
được các thông tin về thành phần của chất rắn nghiên cứu, độ bền của nó, về các sản
Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ
Nguyễn Thu Hiền Lớp cao học K20
19
phẩm được tạo thành trong quá trình phân hủy, kết hợp cũng như giả thiết được về
cơ chế và nhiệt động học của phản ứng theo từng giai đoạn hay toàn bộ quá trình.



Lập chương Lò nung Ghi thông Xử lý thông
trình tin tin



T DTA

Hình 2.1. Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt
2.3.2. Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X [1]

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) là một trong những phương pháp hiện đại
dùng để xác định thành phần pha tinh thể của vật liệu. Phương pháp này cho phép
xác định thông số mạng, kiểu mạng lưới, kích thước hạt
Phương pháp nhiễu xạ tia X dựa trên nguyên tắc sau:
Khi chiếu một chùm tia X song song, đơn sắc vào vật liệu có cấu trúc tinh thể
thì xảy ra hiện tượng khuếch tán tia X. Điện trường của chùm tia tới làm điện tử của
nguyên tử trong mạng tinh thể dao động, sự dao động này là nguồn phát tia thứ cấp
phát ra bức xạ cùng tần số với tia X. Do đó chúng giao thoa với nhau. Trong mạng
lưới tinh thể chúng tạo thành những mặt phẳng nút. Sự khuếch tán tia X có thể xem
như sự phản xạ từ các mặt phẳng nút đó. Khi chiếu một chùm tia X đơn sắc có bước
sóng xác định đi qua một hệ tinh thể, trong tinh thể ta chọn hai mặt phẳng nút song
song với nhau có khoảng cách là d
hkl
, góc hợp bởi tia tới với mặt phẳng nút là .
Nếu hiệu lộ trình của tia tới và tia phản xạ bằng một số nguyên lần bước sóng thì
xảy ra hiện tượng nhiễu xạ tia X.
Chất so sánh
Mẫu
nghiên cứu
T
1
T
2

2




B

C
A
D