HÓA lý SILICAT chuong5

HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ SILICAT

Hồ Thị Ngọc Sương


Các silicat ở trạng thái vô định hình

•

Các silicat ở trạng thái phân tán cao

•

Cơ sở lý thuyết quá trình nhiệt độ cao

•

Biểu đồ pha hệ một cấu tử

•

Biểu đồ pha hệ hai cấu tử

•

Chương 6
Chương 5
Chương 4
Chương 3
Chương 2
Chương 1

NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH


Chương 5 ( 4 tiết)
BIỂU ĐỒ PHA HỆ MỘT CẤU TỬ

5.1. BIỂU ĐỒ PHA

5.2. BIỂU ĐỒ PHA HỆ MỘT CẤU TỬ

5.3. SIO2 VÔ ĐỊNH HÌNH VÀ GEL SIO2.nH2O

5.4. MỘT SỐ VẬT LIỆU TỪ SIO2


5.1. BIỂU ĐỒ PHA
Đặc điểm?

-

Biểu đồ trạng thái cân bằng
Thể hiện quan hệ nhiệt độ, áp suất, TP hóa ở dạng đồ thị
Chủ yếu xét hệ ngưng tụ( không xét pha khí)
Xây dựng trên cơ sở số liệu thực nghiệm của quá trình kết tinh


5.1. BIỂU ĐỒ PHA
Xác định?

 Đặc trưng cơ bản của hệ:
-Sự hình thành hợp chất hóa học
-Nhiệt độ nóng chảy hay kết tinh
-Vùng tạo dd rắn
-Vùng tạo phân lớp lỏng ( thiên tích)
-Các dạng thù hình
-Nhiệt độ biến đổi thù hình
 Xác định và tính toán định lượng thành phần pha ở khoảng nhiệt độ khác nhau ( CB
lỏng – rắn)


5.1. BIỂU ĐỒ PHA

-

Công dụng?

Ước lượng khoảng nhiệt độ nung kết khối
Tính toán thành phần và lượng pha lỏng ở nhiệt độ khác
nhau

-

Giảm hoặc tăng nhiệt độ chảy
Lựa chọn thành phần phù hợp tính chất vật liệu


Biến đổi thù hình

•

Biểu đồ trạng thái hệ một cấu tử có biến đổi thù hình

•

Biểu đồ pha hệ SiO2 và các dạng thù hình của SiO2

•

5.2.4

5.2.3

5.2.2

5.2.1

5.2. BIỂU ĐỒ PHA HỆ MỘT CẤU TỬ

•

Biểu đồ pha hệ một cấu tử không có biến đổi thù hình pha rắn


5.2.1. Biểu đồ pha hệ một cấu tử không có biến đổi thù hình pha
rắn

Đơn chất có thể tồn tại dạng rắn, lỏng, khí
Sự chuyển đổi các dạng gọi sự chuyển pha
Phần tử trạng thái rắn có liên kết chặt chẽ và mật độ cao

hơn( so với lỏng khí)( xem hình)


5.2.2. Biến đổi thù hình

 Dạng chuyển pha đặc biệt của chất rắn
 Biến đổi điều kiện nhiệt động trong giới hạn nào đó, dạng thù hình biến
đổi biến đổi thù hình

 Có thể xảy ra một hoặc hai chiều thuận nghịch
 Dạng thù hình: cấu trúc tinh thể khác nhưng thành phần hóa không đổi,
tính chất vật lý và hóa học khác nhau.


5.2.3. Biểu đồ trạng thái hệ một cấu tử có biến đổi thù hình

•

Xem hình kỹ


5.2.4. Biểu đồ pha hệ SiO2 và các dạng thù hình của SiO2

 SiO2 có nhiều dạng thù hình biểu đồ pha phức tạp
 Áp dụng quy tắc Osvan: Nếu một chất ở đk đã cho có thể tạo một số dạng thù hình thì
dạng ban đầu là dạng bền vững nhất

 Dạng bền là β – quartz
 Ba dạng thù hình chính: quartz, tridymite, cristobalite ( còn có dạng thứ cấp)
 Biến đổi thù hình thay đổi tính chất vật lý, khả năng tham gia phản ứng.

5.2.4. Biểu đồ pha hệ SiO2 và các dạng thù hình của SiO2

 Ở nhiệt độ tương đối thấp và áp suất rất cao, SiO2 còn có các dạng thù hình
như keatite ( thành phần khoáng chính gốm thủy tinh), stishovite, coesite ( gặp
trong thiên thạch).

 Biến đổi thù hình SiO2 không có hàng rào năng lượng quá lớn
 Số phối trí các dạng thù hình không đổi (là 4)
 Biến đổi thông số mạng
 Biến đổi thù hình thứ cấp nhanh hơn nhiều


Bin i thự hỡnh ca cỏt quartz
o

1025 C

o

o

870 C
_quartz
573C

-quartz

1470 C

-tridimớt

o

o

1720 C
-cistobalit

o

163 C

-tridimit

117 C

-tridimit

Laứm laùnh

o

200 - 270C

-cistobalit
o

Noựng chaỷy

nhanh
Thuỷy tinh


5.3. SIO2 VÔ ĐỊNH HÌNH VÀ GEL SIO2.nH2O

SiO2 vô định hình

 SiF4+ H2O gel axit silicic  nước thủy tinh + HCl
 Khử nước gel axit silicic (10000C) SiO2 Vô định hình
 Bột SiO2 Vô định hình có độ bền chống axit cao, rất xốp Nguyên liệu
tổng hợp alumino silicat, chất hấp phụ, chống ẩm ( silicagel)


5.3. SIO2 VÔ ĐỊNH HÌNH VÀ GEL SiO2.nH2O
Gel SiO2.nH2O

 Thường gặp:
- Opal
- Diatomite
- Tro núi lửa
 Tồn tại trong đất đá tự nhiên như laterite, khi mất nước tạo gel
SiO2.nH2O có tính kết dính.


Gel SiO2.nH2O










Opal:

≥ 70% nước
Khử nước còn 10 -11%dạng sợi tương đối rắn
100 -2500C: còn khoảng 1 – 34%
5250C: khử nước hoàn toàn
Khối lượng riêng: 1,9 – 2,5 g/cm3
Dạng hydrogel rắn điển hình, tạo thành khi làm nguội dung dịch SiO2
Các tạp chất: Na2O, K2O, CaO, Fe2O3…


Gel SiO2.nH2O






-

Xương tảo tích tụ tạo mỏ
SiO2: 65 -90%
Lỗ xốp nhỏ ( 1 - 3μm)
Mật độ 2,2 – 2, 36 g/cm3)
Ứng dụng:

Làm gạch cách nhiệt ( nhiệt độ cao)
Vật liệu lọc
Nguyên liệu nấu thủy tinh lỏng
Phụ gia sản xuất xi măng Poóc lăng…

Diatomite:


Gel SiO2.nH2O

Tro núi lửa ( trepel):
 Dạng bột mịn
 SiO2: ≤ 98% ( dạng hoạt tính 8 – 15%)
 Ứng dụng:
- Sản xuất gạch chịu lửa
- Phụ gia hoạt tính cho xi măng Poóc lăng


5.4. MỘT SỐ VẬT LIỆU TỪ SIO2

5.4.1. Một số vật liệu từ SiO2 tinh khiết

5.4.2. Vật liệu chịu lửa silic ( dinas)


5.4.1. Một số vật liệu từ SiO2 tinh khiết
Thủy tinh quartz

 Trong suốt với tia hồng ngoại, tử ngoại, nhìn thấy.
 Mật độ 2210 kg/m3

 Hệ số dãn nở nhiệt thấp
 Bền nhiệt, bền hóa cao, cách điện tốt
 Nung nóng lâu ở 10000C meta cristobalite


5.4.1. Một số vật liệu từ SiO2 tinh khiết
Thủy tinh quartz

Điều chế:
- Phóng tia lửa điện qua cát quartz  thủy tinh ( chưa đồng
0
nhất) nấu lại (2000 C) thủy tinh quartz đồng nhất

-

Ngưng tụ SiCl4 từ pha hơi  SiO2 tinh khiết


5.4.1. Một số vật liệu từ SiO2 tinh khiết
Thủy tinh quartz

Ứng dụng:
- Dụng cụ PTN
- Dụng cụ đo hệ số dãn nở nhiệt
- Ống mang điện trở cho các lò nung
- Thiết bị chưng cất nước
- Kính thiên văn
- Sợi thủy tinh dẫn quang

5.4.2. Vật liệu chịu lửa silic ( dinas)

 SiO2: ≥ 93%, tạp chất Al2O3< 1%, oxit kiềm < 0,3%

 Có độ bền nhiệt rất cao thường dùng trong kết cấu vòm lò.

 Nguyên liệu: quartzite( SiO2 vô định hình, 95% SiO2 , ít gây biến đổi thể tích
hơn dạng tinh thể)


5.4.2. Vật liệu chịu lửa silic ( dinas)

 Quy trình:
Quartzite ( rửa sạch, nghiền mịn)
 trộn Ca(OH)2 ( 2-3% theo CaO)
 ép viên

sấy khô định hình
nung 1420 – 14500C.
Phản ứng tác dụng kết dính khi sấy:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O


5.4.2. Vật liệu chịu lửa silic ( dinas)

 Khi nung ( tốc độ tăng, giảm nhiệt độ rất chậm, lưu nhiệt độ cao rất lâu):
- SiO2 biến đổi thù hình:
α – Tridymite, α – cristobalite  kết khối chắc

- Thể tích lỗ xốp có thể tăng

- Mật độ giảm
- Viên gạch thành phẩm có thể tích> gạch mộc 20%
 Tridymite: hình kim, giúp độ bền uốn tăng chất lượng gạch phụ thuộc Tridymite (≥
60%).