水热与溶剂热解读.ppt

第四章 水热与溶剂热 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 定义 在一定温度(100~1000℃)和压强（1～100MPa）条件下利用溶液中物质化学反应所进行的合成。 与溶液化学的区别 研究物质在高温和密闭或高压条件下溶液中的化学行为与规律。 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 与固相合成的区别——反应性 固相反应的机理——界面扩散 水热与溶剂热——液相反应 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 水热与溶剂热合成研究的特点 应用非平衡热力学研究合成化学问题 水热与溶剂热化学的可操作性和可调变 性，使之成为合成化学与合成材料的的物理性质之间的桥梁。 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 水热与溶剂热合成的特点 由于在水热与溶剂热条件下反应物反应性能的改变、活性的提高，水热与溶剂热合成方法有可能代替固相反应以及难于进行的合成反应，并产生一系列新的合成方法。 水热和溶剂热条件下中间态、介稳态以及特殊物相易于生成，合成和开发一系列特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物。 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 水热与溶剂热合成的特点 能够使低熔点化合物、高蒸汽压且不能在熔体中生成的物质、高温分解相在水热和溶剂热低温条件下晶化生成。 液相利于生长缺陷少、取向好、完美的晶体，产物结晶度高，易于控制产物晶体的粒度。 利于低价态、中间价态与特殊价态化合物的生成，并能均匀地进行掺杂。 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 反应的基本类型 （1）合成反应 Nd2O3 ＋ H3PO4 → NdP5O14 CaO·nAl2O3 + H3PO4 → Ca5(PO4)3OH+AlPO4 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 反应的基本类型 (2) 热处理反应 人工氟石棉 → 人工氟云母 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 反应的基本类型 (3) 转晶反应 利用水热与溶剂热条件下物质热力学和动力学稳定性差异进行的反应。 长石 → 高岭石 橄榄石 → 蛇纹石 NaA沸石 → NaS沸石 长石是钾、钠、钙、钡等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，晶体结构属架状结构。其主要成份为 SiO2 、Al2O3 、K2O 、Na2O 、CaO 等。 制造钾肥，制造陶瓷及搪瓷，玻璃原料，磨粒磨具等。 高岭石化学组成为Al4(Si4O10)(OH)8的层状结构的硅酸盐矿物。晶体属1∶1型单元层的二八面体型结构。三斜晶系，结晶度良好的高岭石成有序结构，一般呈假六方片状晶体；结晶度差的多呈椭圆形或不规则状，通常呈致密或疏松块状集合体产出。底面解理完全, 解理面显珍珠光泽，块状的光泽暗淡。高岭土多呈白色，细粒具分散性、可塑性、高粘结力和高耐火度，是陶瓷和电瓷工业中的重要原材料；还可在造纸、橡胶、油漆等工业中做填充料等。 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 反应的基本类型 (4) 离子交换反应 硬水的软化、长石中的离子交换 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 反应的基本类型 (5) 单晶培养——SiO2 0.5mol/L-NaOH, 0.25/L-NaCO3 温度梯度410～300℃， 温度梯度400～370 ℃ 压力120MPa， 装满度为70％ 生长速率1～2mm/day 生长速率2.5mm/day § 4.1 水热与溶剂热合成基础 反应的基本类型 (6) 脱水反应 400～370 ℃ Mg(OH)2 + SiO2 温石棉 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 反应的基本类型 (7) 分解反应 FeTiO3 FeO ＋ TiO2 ZrSiO4 ＋ NaOH ZrO2 ＋ Na2SiO3 FeTiO3 ＋ K2O K2O·nTiO2(n=4,6) + FeO § 4.1 水热与溶剂热合成基础 反应的基本类型 (8) 提取反应 从化合物或矿物中提取金属 钾矿石中钾的水热提取 重灰石中钨的水热提取 § 4.1 水热与溶剂热合成基础 反应的基本类型 (9) 氧化反应 金属和高温高压的纯水、水溶液、有机溶剂得到的新氧化物、配合物、金属有机化合物的反应。 Cr ＋ H2O Cr2O3 + H2 Me ＋ nL MeLn (Me = 金属离子，L