Đề cương môn Hóa Lý 1- Trường Đại học bách khoa - Đại học đà nẵng.

CÂU HỎI ÔN TẬP HOA LÝ SILICAT
Câu 1 Vật liệu Silicate là vật liệu có chứa Si trong thành phần.
Vật liệu ceramic là vật liệu có nguyên liệu ban đầu ở dạng bột mịn, được tạo hình, nung kết khối ở nhiệt độ cao.
Câu 2 Số phối trí là số các ion khác loại trực tiếp bao quanh 1 ion.
Nếu nối tâm các ion bao quanh ion được xét, ta có 1 đa diện gọi là đa diện phối trí.
5 nguyên tắc Paoling về cấu trúc tinh thể:
_ Đa diện phối trí chỉ bền nếu cation tiếp xúc trực tiếp với các anion bao quanh nó.
_ Cấu trúc ion bền vững khi trung hòa lực liên kết tĩnh điện.
_ Độ bền vững cấu trúc theo dãy liên kết sau: lk đỉnh bền hơn lk đường, lk đường bền hơn lk mặt
(do hiệu ứng tĩnh điện của cation).
_ Trong tinh thể có những cation khác loại, đa diện phối trí của các cation có hóa trị cao, số phối
trí nhỏ không có xu hướng tham gia lk với các đa diện phối trí khác.
_ Số kiểu cấu trúc khác nhau trong tính thể có xu hướng là nhỏ nhất (tương tự các nguyên tử trong
phản ứng có xu hướng tạo lk cùng loại về mặt hóa học.
Câu 3 Có 3 trạng thái tồn tại của hợp chất silicate là : tinh thể, vô định hình và phân tán cao. Trạng thái tồn Cấu trúc Ví dụ tại Orthosilicate
[SiO ]4- tồn tại độc lập 4 Diorthosilicate
2 tứ diện [SiO4]4- lk vs nhau (pyrosilicate) Silicate lk vòng (rings)
Vòng ba [Si O ]6-, vòng bốn [Si O ]8-, vòng sáu 3 9 6 12 [Si O ]12- 6 12 Tinh thể Silicate tạo xích (chains) Metasilicate Slicate tạo băng Amphibole
Silicate cấu trúc lớp vô Muscovite hạn Silicate cấu trúc khung Zeolite
Câu 4 Các hợp chất alumo silicate có thành chính là Al O3 và SiO 2 2
Câu 5 Các kiểu viết công thức của các hợp chất silicate:
1. Theo thứ tự hóa trị oxit tăng dần, cuối cùng là SiO Vd: K O. Al O .6SiO . 2. 2 2 3 2
2. Theo thứ tự cation hóa trị 1, 2,3 .. sau cùng là Si và tổng số Oxy. Vd: K Al Si O . 2 2 6 6
Biểu thị cấu trúc của silicate:
Cách nối đa diện phối trí viết trong ngoặc vuông [ ].
Cấu trúc lk mạch vô hạn, không gian ∞
Ngoặc đơn ( ) dùng để chỉ thay thế đồng hình, vd:(Mn,Ca)5[Si5O15]1
Một loại cation có nhiều s.p.t dùng để chỉ số La Mã để chỉ số phối trí, vd khi viết Al VIAlVO[SiO ] 4 (andalusite).
Câu 6 Đặc điểm cấu trúc và tính chất của các silicate ở trạng thái lỏng:
-Các tứ diện [SiO ]4- cũng vẫn tồn tại trong các chất lỏng silicate, lk giữa các tứ diện tạo nên các 4
phức chất, phụ thuộc tỷ lệ Si:O trong chất lỏng. Nếu có những oxit khác, tỷ lệ O:Si sẽ tăng do các oxy ko cầu.
-Lượng các cation biến hình càng nhiều, số lượng các oxy cầu càng giảm, tỷ lệ Si:O càng giảm (tỷ lệ O:Si tăng).
-Tương tự như các silicate trạng thái tinh thể , ta sẽ có các kiểu cấu trúc chuỗi, lớp, vòng, hoặc cấu trúc khung.
Câu 7 Vai trò của pha lỏng nóng chảy khi nung các sản phẩm gốm sứ:
Tăng tốc quá trình phản ứng
Tạo các khoáng mà chỉ có thể hình thành khi có mặt pha lỏng
Độ nhớt ảnh hưởng đến:
- khả năng len lỏi vào các khe, lấp đầy chỗ trống trong vật liệu,
- quá trình chuyển hóa lỏng rắn,
- mức độ biến dạng sản phẩm sau khi nung. Sức căng bề mặt:
- khả năng thấm ướt các pha rắn giúp tiếp xúc tốt hơn, phản ứng tốt hơn.
Trong công nghệ sản xuất thủy tinh:
Sự biến đổi độ nhớt của thủy tinh theo nhiệt độ có ý nghĩa rất quan trọng. Các giai đoạn
nấu, tạo hình, gia công sản phẩm đều xảy ra trong các phạm vi độ nhớt thích hợp.
Giai đoạn khử bọt, người ta phải duy trì nhiệt độ như thế nào đó để độ nhớt đủ bé
(10^2 pz), tạo điều kiện bọt khí tách ra hoàn toàn.
Giai đoạn tạo hình cần có độ nhớt không nhỏ quá để có thể tạo được phôi nhưng cũng
không được lớn quá để có thể dễ dàng tạo hình theo ý muốn. (Các sản phẩm thủy tinh
được tạo hình trong quá trình nhiệt độ giảm liên tục.)
Khi ủ cũng cần có độ nhớt thích hợp để khử hết ứng suất nhưng sản phẩm không bị biến dạng.
Nhờ có sức căng bề mặt mới có thể tạo giọt thủy tinh trong các máy cung cấp giọt cho máy
tạo hình tự động và lấy được mồi thủy tinh cần thiết ở đầu ống thổi để thổi thành phôi hoặc
thành sản phẩm. Sức căng bề mặt làm chỗ thủy tinh bị cắt, sau khi đốt không còn sắc cạnh
nữa và có thể tiến hành đánh nhẵn bề mặt của sản phẩm thủy tinh bằng ngọn lửa.
Nhưng cũng chính sức căng bề mặt là nguyên nhân làm cho mép của các tấm kính sản xuất
bằng phương pháp kéo bị cộm lên, thủy tinh khó chui vào các chi tiết phức tạp trên bề mặt
khuôn và các phần mép hay góc các chi tiết rất khó sắc, nhọn vì những chỗ đó thường bị co tròn lại.
Sự thay đổi độ nhớt và sức căng bề mặt của thủy tinh theo nhiệt độ làm cho việc tạo hình
thủy tinh có những sắc thái độc đáo mà các ngành công nghệ khác không thể áp dụng được.
Câu 8 Thủy tinh có thể được định nghĩa như chất rắn vô cơ có cấu trúc vô định hình, các
phần tử cấu tạo tuân theo trật tự gần.
Các tính chất điển hình của thủy tinh :
-Có tính đẳng hướng (cấu trúc đồng nhất của trạng thái thủy tinh).
-Khi bị đốt nóng, nó không có điểm nóng chảy như vật thể kết tinh mà bị mềm dần,
chuyển từ trạng thái dòn sang trạng thái dẻo có độ nhớt cao và cuối cùng chuyển thành
trạng thái lỏng giọt. Ngoài độ nhớt ra còn có nhiều tính chất khác cũng thay đổi liên tục như vậy.
-Có thể nóng chảy và đóng rắn thuận nghịch.
-Dự trữ năng lượng của vật thể ở trạng thái thủy tinh cao hơn trạng thái tinh thể, trong đk
nhiệt độ thuận lợi vật thể thủy tinh có khung hướng chuyển về trạng thái tinh thể.
Câu 9 Lực tương tác và vai trò trong cấu trúc của các ion trong thủy tinh:
-Các oxyt có bán kính cation nhỏ (spt nhỏ) tạo thủy tinh
-Các oxyt có bk cation lớn, hóa trị nhỏ (MgO, CaO,..., Li O, Na O,..) không tạo thủy tinh 2 2
Khi cho 1 cấu tử không tạo thủy tinh thêm vào với cấu tử tạo thủy tinh thì cấu trúc mạng
liên tục ngẫu nhiên của cấu tử tạo thủy tinh vẫn được giữ nhưng cấu trúc này bị làm yếu đi
do sự thêm vào oxyt thứ hai từ đó giúp cho thủy tinh dễ nấu chảy, tạo hình do độ nhớt giảm.
Câu 10 Các giả thuyết về cấu trúc thủy tinh
Thuyết cấu trúc vi tinh (trật tự gần)
Thủy tinh silicate là tập hợp các vi tinh thể, chủ yếu là vi tinh thể SiO . Giả thiết được xuất 2
phát từ những biến đổi thể tích đột ngột chiết suất của thủy tinh thạch anh trong khoảng
nhiệt độ 520-600oC, tương ứng với những biến đổi thù hình pha thủy tinh pha tinh thể β- quart 573oC↔ α-quart .
Thủy tinh có trật tự gần (miền trật tự ổn định là rất nhỏ so với toàn mạng). Phần cấu trúc vi
tinh thể của thủy tinh silicate không quá 10-15% thể tích, kích thước các vi tinh thể khoảng
1.2-1.5nm. Như vậy thủy tinh không đồng nhất vi mô.
Thuyết cấu trúc polymer : thủy tinh là polymer vô cơ.
Khi tạo mạch Polymer, các chất tạo mạch (hay khung cấu trúc) như SiO , P O , SeO , GeO 2 2 5 2 2..
là những chất nhận oxy, còn các ion không tạo mạch (gọi là ion biến tính) dạng Me O, 2
MeO.. là những chất cho oxy.
Thuyết cấu trúc ngẫu nhiên liên tục, hay vô định hình của Zachariasen: thủy tinh có
cấu trúc mạng lưới không gian như tinh thể, nhưng không đối xứng và tuần hoàn.
Thuyết cấu trúc nhóm: Thủy tinh không phải là 1 hệ hoàn toàn đồng nhất. Mà gồm
những hệ vi tinh thể với nhau.
Câu 12 Ứng suất nhiệt là lực cơ học còn lại trong thủy tinh do chênh lệch nhiệt độ. Thủy
tinh có hệ số dẫn nhiệt thấp, khi gia nhiệt, dễ xuất hiện ứng suất nhiệt.
Ủ là công đoạn bắt buộc khi chế tạo sản phẩm, ủ để tránh hiện tượng phát sinh nội ứng
suất lớn có thể gây ra sự phá hoại sản phẩm nhằm cố định hình dáng của chúng.
Tôi là công đoạn dùng để chế tạo thủy tinh với cường độ chịu nén cao hơn 4-6 lần và
cường độ chịu uốn cao hơn 5-8 lần so với thủy tinh thường, ủ được thực hiện bằng cách
đưa thủy tinh đến trạng thái dẻo sau đó làm lạnh sâu bề mặt của nó.
Câu 13 Các dạng kết tinh trong silicat: Kết tinh từ pha lỏng nóng chảy và từ pha thủy tinh.
Kết tinh từ pha lỏng nóng chảy: từ khối nóng chảy quá bão hòa ( làm nguội nhanh khối thủy tinh nóng chảy)
Kết tinh từ pha thủy tinh: Từ dd quá lạnh ( thủy tinh ở trạng thái rắn) nâng nhiệt độ khối
thủy tinh rắn lên tới nhiệt độ cao cần thiết, lư nhiệt rồi làm nguội.
Ứng dụng: tạo ra các sp khác mang những tính chất mới.
Câu 14 Gốm thủy tinh là vật liệu gốm tạo thành từ thủy tinh kết tinh có điều khiển. Là vật
liệu là sp đặc biệt kết hợp ưu điểm của vật liệu gốm và thủy tinh. Đặc trưng tính chất:
-Rất bền hóa và chịu sốc nhiệt tốt (HSDNN thấp)
-HSDDN cao để có thể tương thích với kim loại -Độ bền cơ rất cao
-Sử dụng ở nhiệt độ cao -Có tính cảm quang
-Hằng số điện môi nhỏ (electronic packaging)
-Dielectric-breakdown resistance
-Tính tương thích sinh học
Cấu trúc : pha tinh thể kết tinh từ pha thủy tinh cơ sở ở dạng bột mịn ( cỡ 1μm), đồng đều
toàn khối (90-98% thể tích), vật liệu có cấu trúc vi tinh hầu như không có lỗ xốp, vì vậy,
có độ bền cơ rất cao (gấp 2-4 lần thủy tinh cơ sở). PP sx gốm thủy tinh:
1. PP lưu nhiệt độ theo 2 giai đoạn:
-Lư nhiệt độ nhằm tạo số mầm cực đại
-Lưu nhiêt độ nhằm tăng tốc độ phát triển tinh thể cực đại 2) PP 1 giai đoạn
Câu 15 Hệ phân tán là hệ gồm 1 chất (chất phân tán) được phân bố vào 1 chất khác (môi
trường phân tán : R, L,K) dưới dạng những hạt có kích thước rất nhỏ.
Các dạng hệ thường gặp trong Silicat : Huyền phù đất sét nước, sol-gel khi hydrat hóa, tọa khoáng thủy lực XMP.
Câu 16 Đất sét là tên chung chỉ nguyên liệu
- Gồm các khoáng Alumo-silicat ngậm nước có cấu
trúc lớp với độ phân tán cao,
- Khi trộn nước có tính dẻo.
- Khi nung kết khối rắn chắc.
Khoáng sét là các khoáng alumino silicate ngậm nước, cấu trúc lớp phổ biến trong đất sét.
Câu 18 Các tính chất lưu biến của hệ huyền phù đất sét:
Hai kiểu biến dạng : Bringham hoặc Newton.
Kiểu Bingham: Biến dạng khi lực t > q. Vật giữ hình dạng khi thôi tác dụng lực.
Huyền phù hệ thạch cao – nước, bột xi măng – nước, đất sét dẻo có biến dạng kiểu Bingham.
Kiểu Newton: Biến dạng xảy ra khi tác dụng lực, nhưng khi ngừng tác dụng lực, biến
dạng cũng không còn nữa.
Huyền phù hệ đất sét – nước (dạng hồ) có biến dạng kiểu Newton.
Câu 19 Các pp làm bền hệ huyền phù đất sét nước: PP làm bền tĩnh điện và PP hấp phụ polymer.
Câu 20 Kết khối là sự tự rắn chắc của vật liệu dưới tác dụng nhiệt độ cao.
Cơ chế : Kết khối pha rắn hoặc kết khối có mặt pha lỏng
Động lực quá trình kết khối là sự giảm năng lượng bề mặt.
Câu 21 Cơ chế kết khối pha rắn :
● Hạt tiếp xúc tạo cầu nối. ● Tạo lỗ xốp.
● Giảm kích thước lỗ xốp.
● Kết thúc kết khối( khi nhiệt độ đủ cao, các hạt lướn phát triển, các hạt nhỏ lại mất
dần, ta gọi đó là quá trình phát triển hạt).
Câu 23 Kết khối pha lỏng: trong thưc tế với các hệ nhiều cấu tử, quá trình kết khối thường
có mặt pha lỏng. Pha lỏng có thể xuất hiện từ 1 cấu tử có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất
trong hệ hoặc do tương tác giữa các cấu tử, xuất hiện dd rắn làm giảm nhiệt độ xuát hiện
pha lỏng của hệ. Khi có pha lỏng sẽ tăng tốc độ kết khối lên rất nhiều. Gđ đầu kết khối phụ
thuộc nhiều vào khả năng thấm ướt của pha lỏng và quá trình giảm lỗ xốp sẽ do độ nhớt
pha lỏng và tỷ lệ tương đối pha lỏng-pha rắn trong quá trình kết khối quyết định.
Câu 24 SỰ KHÁC NHAU GiỮA MÔ HÌNH LÝ THUYẾT VÀ HỆ THỰC ?
Mô hình lý thuyết: -các hạt đồng chất, -cùng bán kính
Hệ thực: -hình dạng hạt và lỗ xốp không đồng đều,
- thành phần luôn chứa tạp chất
- có thể xảy ra những biến đổi hóa lý làm thay đổi đột ngột những thông số trạng thái hệ
- quá trình xảy ra không theo trật tự rõ ràng
-hệ luôn có những chất trung gian và những chất ban đầu không phản ứng hết
Ý nghĩa của việc phân biệt cơ chế kết khối trong thực tiễn công nghệ :
Với quá trình có phản ứng hóa học và có mặt pha lỏng:
● Tăng khả năng hoạt hóa của bột nguyên liệu là cần thiết.
● Nhiệt đọ nung thowngf là nhiệt độ cao hơn nhiệt dộ xuất hiện pha lỏng (Te) 1 chút.
● Độ bền cơ cảu sp phụ thuộc đọ bền của pha kém bền tong các pha tinh thể và pha
thủy tinh (pha lỏng khi làm nguội thường ở trạng thái thủy tinh).
Với quá trình kết khối pha rắn ko có pha lỏng và không có biến đổi hóa học:
● Chất tạo dẻo thường là các chất hữu cơ.
● Nhiệt độn nuing thường trong khoảng 0.7-0.8 Tnc (nhiệt độ nóng chảy).
● Nguyên liệu thường ở dạng thù hình bền vững ở dạng nhiệt độ cao.
● Kích thước hạt là yếu tố quyết định đọ bền cơ và do đó các chất phụ gia phải tác
dụng tăng hệ số khuếch tán và giảm kích thước hạt.
Document Outline

• Câu 6 Đặc điểm cấu trúc và tính chất của các silicate ở trạng thái lỏng:
  • Các tính chất điển hình của thủy tinh :
• Thuyết cấu trúc vi tinh (trật tự gần)
  • Với quá trình có phản ứng hóa học và có mặt pha lỏng:
  • Với quá trình kết khối pha rắn ko có pha lỏng và không có biến đổi hóa học: