Universitatea Babes-Bolyai

Facultatea de Chimie si Inginere Chimica

Specializarea : SIMON III

SINTEZA DE OXIZI COMPLECSI

Studenta : Giurgiu Dana-Antonia

Cluj-Napoca

2014

REACTII IN FAZA SOLIDA

Generalitati Reactiile intre substante in stare solida supuse tratamentului termic

se deosebesc de cele in stare gazoasa sau lichida(solutie) prin: Se desfasoara intre constituent chimici puternic legati intr-o structura

cristalina, au o solubilitate foarte mica, in timp ce in faza gazoasa sau solutie, mobilitatea particulelor este foarte mare si ca urmare reactiile se desfasoara rapid;

In stare gazoasa sau lichida amestecul reactantilor se face extrem de rapid, se realizeaza un contact intim la scara ionica sau molecular in timp ce in faza solida, contactul dintre granule reprezinta doar o parte infima din suprafata totala a acestora, iar reactia poate incepe si continua numai la aceste suprafete de contact;

Reactiile in faza solida se desfasoara dificil, in timp relative indelungat si au un character complex care se materializeaza prin desfasurarea in etape, formarea de compusi intermediari care coexista mult timp, uneori pana la final;

Etape in desfasurarea reactiilor in faza solidaIn timpul tratamentului termic al unui amestec de materii prime,

mobilitatea particulelor creste si atinge, la o temperatura suficient de mare, posibilitatea realizarii unui “schimb de pozitii” care permit desfasurarea reactiei, astfel ca temperature schimbului de loc sau “temperature critica” este considerate aceiasi cu temperature de sinterizare.

Mecanismul unei reactii in faza solida

A+B=AB

Fragmentele de retea cristalina din A si B se ating iar pe suprafetele lor sunt valente reziduale nesatisfacute dar care la temperature obisnuite nu reactioneaza. La cresterea temperaturii, ionii sau atomii capata o

anumita mobilitate astfel ca, atomii marginali ai retelei lui A, fiind mai mobile, se desprind, si prin “schimb de loc” se prind pe reteaua compusului B. La temperaturi mai ridicate, moleculele de AB formate se desprind de pe reteaua lui B, avand o retea dezordonata. Desprinderea lor lasa o suprafata activa, cu valente nesatisfacute si reactivitate marita. Pe masura ce temperatura atinge valori cat mai mari, reactia se intensifica, cantitatea de compus AB creste, dar este inca amorf. Mobilitatea particulelor AB devine destul de mare pentru a forma, prin ordonare, reteaua cristalina a noului compus AB, alaturi de care raman resturi nereactionate din A si B. Reactia avanseaza progresiv, fiind ingreunata in continuare deoarece A si(sau) B trebuie sa difuzeze prin stratul de produs AB.

Factorii care influenteaza reactiile in faza solida1.Starea initiala a reactantilor

Structura cristalina reala a substantelor prezinta o serie de defecte care determina cresterea importanta a reactivitatii lor in faza solida. In chimia starii solide este bine cunoscuta reactivitatea marita a compusilor in stare nascanda care iau nastere printr-o descompunere termica. Reactivitatea sporita nu se limiteaza numai la conditiile si intervalul de temperature in care reactantul ia nastere ci si la faptul ca efectul maxim se obtine, daca el se obtine la o temperature apropiata de cea la care are loc reactia.

Reactivitatea marita este determinate de un continut crescut de defecte de retea, o mare afinare a retelei, ceea ce permite o difuzie usoara in reactia chimica.

2.Dimensiunea si forma granulelor, compozitia granulometrica

Forma si dimensiunile granulelor de reactanti constitue un parametru important de care depend reactiile in faza solida. In general, se poate spune ca viteza reactiei in faza solida este cu atat mai mare cu cat granulele au dimensiuni mai reduse. Influenta compozitiei granulometrice a reactantilor va depinde de: natura, mecanismul si cinetica reactiei propriu-zise si de influenta sa asupra proceselor de sinterizare, cristalizare, topire, sublimare, etc. care insotesc reactia.

3. Temperatura

Intensitatea influentei temperaturii asupra vitezei de reactie depinde de natura procesului care controleaza reactia. Pentru reactii controlate de difuzie, la o crestere a temperaturii cu 10 C, viteza de reactive creste cu 10-40% in timp ce pentru reactiile controlate de viteza reactiei chimice propriu-zise, la o crestere a temperaturii cu 10 C, viteza reactiei creste de 2-4 ori.

4. Presiunea

Influenta presiunii se analizeaza sub doua aspecte:

Rolul presarii(compactizarii) prealabile a amestecului pulverulent

Desfasurarea reactiei sub presiune

In primul caz, se realizeaza o mai buna apropiere a granulelor si un contact mai intim intre reactanti, iar in al doilea caz se poate modifica echilibrul reactiei. Presiunea influenteaza in principal procesele de sinterizare, recristalizare si difuzie.

5. Prezenta unor adaosuri cu rol de mineralizator

Mineralizatorii sunt microadaosuri de substante sau impuritati care au ca si efect marirea vitezei transformarilor in faza solida in raport cu viteza reactiei din reactanti puri. De regula, ei nu formeaza compusi cu reactantii sau produsi finali ai reactiei, ei modifica structura reala a retelei cristaline si deci entalpia libera a sistemului.

Mecanismele de actiune a mineralizatorilor sunt complexe. Ei influenteaza procesele elementare si stadiile care apar intr-o reactiem efectul final fiind o rezultanta a acestora.

La baza actiunii mineralizatorilor stau fenomenele de difuzie si patrunderea ionilor mineralizatorilor in reteaua reactantilor.

6. Prezenta unor faze lichide sau gazoase

Aceste faze intra rapid in contact cu intreaga suprafata a celuilalt reactant pe care se descarca si reactia este accelerata. Viteza foarte mare a unor reactii intre reactantii solizi se atribuie formarii intermediare a fazei lichide sau gazoase prin procese de sublimare, evaporare, topire eutectica.

CONCLUZII: Reactiile in stare solida sunt rareori complete, cauza transformarii

incomplete fiind legata de particularitatile starii de dispersie si a proceselor de difuzie, cat si de factorii termodinamici care determina atingerea echilibrului.

O dimensiune cat mai redusa a granulelor asigura o mai mare suprafata de contact intre particulele de reactanti, ceea ce favorizeaza desfasurarea proceselor de difuzie.

Distributia granulometrica restransa, alaturi de o forma cat mai apropiata de cea sferica si tendinta de aglomerare a particulelor sunt esentiale pentru o comportare cat mai buna la fasonarea prin presare.

Temperaturile ridicate si/sau palierele lungi necesare sintezei reprezinta doua dezavantaje deloc de neglijat, deoarece ele contribuie la cresterea costurilor de productie si deci la scaderea eficientei economice.

Un alt dezavantaj major al pulberilor rezultate prin metoda ceramica sau clasica, se refera la dificultatile legate de omogenitatea compozitionala si respectarea stoechiometriei stabilite initial a produsului de reactie.

Sinteza unor oxizi complecsi prin reactie in faza solida

Se da o cantitate de 20 grame de oxid dublu: Al2O3xMnO

Al2O3 + MnO -> Al2O3 x MnO

M Al2O3= 2* 27+ 3* 16 = 102

M MnO= 55+ 16= 71

M Al2O3 x MnO= 173

X= 20* 102/ 173= 11,79 g Al2O3

Y= 20* 71/ 173= 8,21 g MnO; ᶯ=(18,34/20) x 100= 91,7%

CONCLUZII Inainte de tratamentul termic, proba a avut culoarea gri-metal, iar

dupa tratament si-a schimbat nuanta in maro. Cantitantea probei inainte de tratamentul termic a fost de 20 grame,

iar in urma tratamentului este de 18,34 grame.

Sinteza unor oxizi complecsi prin coprecipitareCoprecipitarea este un fenomen în care o substanță dizolvată într-o

soluție, precipită pe un suport care forțează legarea acesteia in solutia respectiva. Aceasta poate avea loc în natură sau în laborator, și este uneori facilitată în mod activ, în timp ce în alte cazuri, este o reacție chimică nedorită. Coprecipitarea poate fi o metoda extrem de utila pentru prelevarea de probe, solutii de purificare, precum și curățarea pericolelor pentru mediu.

Coprecipitarea are loc in doua etape. Ea începe cu captarea impurităților în timpul formarii particulelor de precipitat(particule de crestere) si se incheie cu redistribuirea impuritatilor dintre precipitat si mediu. În prima etapă, impuritatea este captata fie pe suprafața (coprecipitare suprafață) sau in interiorul (coprecipitare volum) particulelor de creștere. Dacă particulele de creștere au o structură cristalină, atunci impuritatea va fi localizată fie in regiunile fazei solide cu o structură perfectă (formarea izomorf cristal mixt), fie în apropierea defectelor structurale (ocluzie, capcane interstițiale , dislocare).

În a doua etapă a coprecipitarii, concentrația defectelor structurale ale precipitatului scade, iar particulele floculeaza. Impuritatile captate în timpul primei etape, revin deasemenea, total sau partial in mediu. Concentrația impurităților în diferite regiuni ale fazei solide se echilibreaza, și ca o consecință, cristalele vor dobândi o structura de echilibru care depinde numai de compoziția și temperatura mediului.

Se dau compusii: AlCl3 x 6H2O

MnSO4 x 2H2O

1. AlCl3 x 6H2O + 3NH4OH Al(OH)3 + 3NH4Cl + H2OMnSO4 x 2H2O + 2NH4OH Mn(OH)2 + (NH4)2SO4 + H2O

2. 2Al(OH)3 + Mn(OH)2 Al2O3 x MnO + 4H2O

M MnSO4 x 2H2O= 55+ 32+64+4+32= 187

M AlCl3 x 6H2O= 27+106,5+12+96= 241,5

M Al(OH)3 = 27+32+2= 78

M Mn(OH)2 = 55+32+2= 89

M Al2Cl3 x MnO= 173

M 3NH4OH = 3(14+4+16+1)= 105

M 2NH4OH= 70

a= 241,5 x 9,017/78= 27,92 grame AlCl3 x 6H2O

b= 105 x 9,017/78= 12,14 grame NH4OH

c= 182 x 10,289/89= 21,04 grame MnSO4 x 2H2O

d= 140 x 10,289/89= 8,09 grame NH4OH

x=78 x 20/173= 9,017 grame AlCl3

y= 89 x 20/173= 10,289 grame MnSO4

Se dau 20 grame de compus Al2O3 x MnO:

Sare 1 ( AlCl3) Sare 2 (MnSO4)

Dozare Dozare

Dizolvare Dizolvare

(20 ml apa distilata) (30 ml apa distilata)

Amestecare

NH4OH Precipitare ; pH acid: 6-7;

40 ml apa distilata

Filtrare

Spalare

Uscare

Calcinare

CONCLUZII: Proba de MnSO4 avea culoarea usor rozalie, iar proba de AlCl3 avea

culoarea usor galbuie; Culoarea precipitatului rezultat in urma filtrarii este alba;

BIBLIOGRAFIE:

http://www.wisegeek.com/what-is-coprecipitation.htm Structura solidelor oxidice - “Reactii in stare solida”