Xem mẫu
- CHẤT RẮN Ở TRẠNG THÁI
VÔ ĐỊNH HÌNH & THỦY TINH
Các dạng tồn tại của vật chất
Chất rắn: tinh thể và vô định hình
Phân biệt: X – ray
Xuất hiện tinh thể lỏng
Phân biệt: độ nhớt
Những thuyết cấu trúc thủy tinh
Các tính chất cơ bản của thủy tinh
- KHÁI NIỆM TINH THỂ
LỎNG
Tinh thể lỏng từ các hợp chất hữu cơ và là chất trung gian giữa trạng thái lỏng
và rắn của tinh thể. Đồng thời, tinh thể lỏng có thể chảy dòng giống chất lỏng,
nhưng các phân tử của chúng có thể định hướng giống như trong tinh thể. Hiện
tượng này đã phát hiện năm 1888 bởi nhà hóa học người Áo Frederich
Reinitzer.
- CHAÁT RAÉN
laø nhöõng chaát coù ñoä nhôùt töø 1012
Pa.s trôû leân, coøn caùc chaát loûng coù ñoä
nhôùt nhoû hôn 1012 Pa.s.
Tốc độ làm nguội:
Nhanh? Tạo thủy tinh
Chậm? Kết tinh
Tốc độ tới hạn
Tốc độ làm nguội tới hạn (vượt trên tốc
độ này, chất lỏng sẽ tạo v.đ.h.):
- H2O là 107 (0C/s),
- Cu kim loại là 106 (0C/s),
-SiO2 là 10-4 (0C/s),
- thủy tinh công nghiệp 10-3 (0C/s) [36].
- Khái niệm độ nhớt
F
Mặt trên trướt với v=const, tương ứng với lực trượt: s =
A
Dx A F
v
y Dx
A v=
Dt
Có sự chênh lệch tốc độ. Quan hệ độ nhớt h với lực trướt s, và gradient tốc
độ:
v Dx
s= h = h h Có thứ nguyên S.I. là Pa s.
Dt y
y
Biến dạng trượt tăng với tốc độ không đổi: = s-1
t
Độ nhớt có thể xem như quan hệ lực trượt và diện tích trượt:
Dx Dx
s =h =h = h = h
Dt y y t t
- KHÁI NIỆM
Vaät chaát: raén, loûng hoaëc khí (thường hoặc plazma).
Loûng+Khí: phần tử lieân keát yeáu nhaát, chuyeån ñoäng töï do.
-Loûng keát tinh: tinh theå loûng.
Chaát raén: -Lieân keát chaët, hình daïng xaùc ñònh.
-Tinh theå hoaëc voâ ñònh hình
-tinh theå: caùc phaàn töû theo quy luaät ñoái xöùng, tuaàn hoaøn;
-voâ ñònh hình: caùc phaàn töû hoãn ñoän, khoâng theo traät töï.
Voâ ñònh hình traïng thaùi trung gian giöõa chaát raén vaø chaát
loûng.
-Töông töï chaát raén: khoâng bieán ñoåi hình daïng theo bình
chöùa, nhöõng tính chaát vaät lyù nhö ñoä cöùng, tính ñaøn hoài,
trong suoát...
-Töông töï chaát loûng: ñoä ñoàng nhaát, baát ñoái xöùng....
- CẤU TRÚC CHẤT LỎNG
1- Chất lỏng không sai sót (Bernal):
-Pha lỏng và tinh thể tương ứng có cùng cấu trúc (chất lỏng tinh thể).
-Chuyển rắn - lỏng không đứt liên kết, chỉ định hướng lại lực tác dụng.
-Ở Tnc, độ nhớt lớn. Các silicát lỏng thường là các chất lỏng Bernal.
2- Chất lỏng có hướng (Stuwart):
-Liên kết phân tử có hướng đặc trưng, độ bền liên kết trong phân tử rất
lớn nhưng độ bền liên kết giữa các phân tử yếu (chất lỏng vi tinh).
-Các chất lỏng từ Se, B2O3 thuộc về loại này.
3- Chất lỏng không trật tự (Frenkel):
-Chất lỏng không từ các phức cao phân tử, mà từ các ion tích tụ, cấu
trúc luôn biến đổi (chất lỏng không trật tự).
-Khi nhiệt độ tăng, các sai sót tích tụ nhanh, các liên kết bị đứt, nhiều lỗ
ĐỖ
xốp xuất hiện. Khi làm nguội, khó tạo thủy tinh. QUA
-Các chất lỏng kim loại, clorit và nitrát (như NaCl, NaNO3) là các chấtNG
MIN
lỏng không trật tự. H Bộ
môn
Silic
at
ĐHB
- BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT THEO NHIỆT ĐỘ CỦA CÁC
CHẤT TINH THỂ (1) VÀ THỦY TINH (2)
ĐỖ
QUA
NG
MIN
H Bộ
môn
Silic
at
ĐHB
- KHOẢNG BIẾN MỀM
Dấu hiệu nhiệt – vật lý quan trọng nhất phân biệt
thủy tinh, tinh thể
T T
Chaûy loûng Loûng
Tf
Khoaûng bieán meàm Mieàn quaù laïnh
Tnc
Tg Raén tinh theå
Raén voâ
ñònh hình
8 12
10 10 Tính chaát
h (Pa.s) ( )
DT = Tf - Tg: khoaûng bieán meàm Tnc: nhieät ñoä noùng chaûy
a) b)
- THŨY TINH KIM LOẠI, HỢP KIM
T < Tx : Lỏng quá lạnh (vô định hình).
Tốc độ làm nguội quá nhanh, các phần tử không kịp sắp xếp trật tự (kết
tinh).
Cấu trúc kim loại ở trạng thái vô định hình, nano tinh thể hoặc
composite nano trong trường vô định hình
- ĐỊNH NGHĨA THỦY TINH
“Thuûy tinh laø chaát voâ cô noùng chaûy bò laøm quaù laïnh veà traïng thaùi raén
maø khoâng keát tinh”.
Quaù laïnh: heä chaát voâ cô noùng chaûy ôû T < Tkt.
-Heä trôû laïi keát tinh ôû nhieät ñoä Tkt: tinh thể
-Heä ôû traïng thaùi raén maø khoâng keát tinh: thuûy tinh.
Thuûy tinh: raén khoâng beàn nhieät ñoäng,
-Khi bieán ñoåi: Thuûy tinh Tinh theå
-Ta coù: DG = Gtinh thể– Gthủy tinh < 0 (quaù trình töï xaûy ra).
Làm nguội chậm, các phần tử không
Nguôi chậm: các phần tử đủ
đủ thời gia sắp xếp, tạo thủy tinh
thời gian sắp xếp trật tự
- CÁC GIẢ THIẾT CẤU TRÚC
GIẢ THIẾT CẤU TRÚC POLYME
Thuûy tinh laø polyme voâ cô.
Taïo maïch (khung):SiO2,P2O5,SeO2,GeO2... chaát nhaän oxy,
Khoâng taïo maïch (bieán tính): Me2O, MeO... laø chaát cho
oxy. Me+, Me2+... l.k. vôùi O2- cuûa [SiO4]4- caân baèng tónh.
Töông töï polyme, hai nhoùm tính chaát :
-Nhoùm t/c phuï thuoäc maïch polyme: ñoä daøi vaø ñoä beàn cuûa caáu
truùc sôïi, tính löôõng chieát, khoâng coù ñieåm noùng chaûy coá
ñònh maø coù khoaûng bieán meàm khi chuyeån traïng thaùi raén -
loûng, khi chaûy taïo hoãn hôïp loûng coù ñoä nhôùt cao...
-Nhoùm t/c phuï thuoäc ion bieán tính. Do l.k. vôùi khung yeáu neân
ion bieán tính coù ñoä linh ñoäng cao hôn, aûnh höôûng nhaïy hôn
tôùi tính daãn ñieän, ñoä beàn hoùa vaø ñoä beàn cô...
- CẤU TRÚC
POLYME
Các kiểu cấu trúc polyme
Ngyên sinh: giữa các nhóm mer:
cộng hóa trị
Thứ sinh: giữa các phân tử
polymer:
Yếu: Van der Waals, Hydro
Mạnh: ion, cộng hóa trị
- CÁC GIẢ THIẾT CẤU TRÚC
GIẢ THIẾT ZACHARIASEN
Thuûy tinh coù caáu truùc maïng löôùi khoâng gian nhö tinh theå, nhöng
khoâng ñoái xöùng, tuaàn hoaøn.
Noäi naêng thuûy tinh > noäi naêng tinh theå töông öùng.
Bieán ñoåi thuûy tinh tinh theå töï xaûy ra .
Caùc ion taïo thuûy tinh naèm ôû taâm töù dieän phoái trí, các cation bieán tính
phaân boá thoáng keâ giöõa nhöõng loã roãng cuûa caùc ña dieän phoái trí.
Vôùi caùc oxit, khaû naêng taïo thuûy tinh phụ thuộc kích thöôùc ion vaø soá
phoái trí caùc ion.
Theo khaû naêng taïo thuûy tinh, chia ba nhoùm:
- Nhoùm cation taïo thuûy tinh: Si4+, B3+, P5+...
- Nhoùm cation bieán tính: Ca2+, Mg2+, Na+, K+...
- Nhoùm cation trung gian, taïo thuûy tinh hoaëc bieán tính tuøy ñieàu kieän
(thaønh phaàn hoùa, loaïi thuûy tinh cô sôû...): Al3+, Ti4+, Pb2+....
- ZACHARIASEN
MOÂ HÌNH SIO2 TINH THEÅ, THUÛY
TINH
VAØ THUÛY TINH SIO2-CAO-NA2O
+
: Na
2+
: Ca
a) b) c)
a) Tinh theå SiO2; b) Thuûy tinh SiO2; c) Thuûy tinh SiO2–CaO-Na2O
- CAÙC THUYEÁT GIAÛI THÍCH KHAÛ
NAÊNG TAÏO THUÛY TINH KHAÙC
Stanworth J.E:
- Ñaùnh giaù khaû naêng taïo thuûy tinh theo hieäu soá ñoä aâm ñieän.
- Giaù tròA - Bcaøng nhoû, phaàn l.k. ion caøng keùm, phaàn l.k. coäng
hoùa trò caøng taêng, caøng deã taïo thuûy tinh.
Sun K.H:
- Lieân keát giöõa caùc nguyeân töû A caøng beàn, quaù trình saép xeáp traät töï
caøng khoù vaø do ñoù, caøng deã taïo thuûy tinh.
Rawson H.
- Theo ñöôøng caân baèng pha loûng cuûa hai caáu töû A vaø B.
- Mieàn deã taïo thuûy tinh öùng vôùi mieàn nhieät ñoä noùng chaûy giaûm
(ñieåm caøng gaàn ñieåm euteùcti, caøng deã taïo thuûy tinh).
Wert vaø Mabro:
- Theo khaû naêng polyme töø pha loûng.
- Chaát loûng deã taïo maïch polyme (coù ñoä nhôùt cao) deã taïo thuûy tinh.
- QUAN HEÄ
TÍNH CHAÁT - CAÁU TRUÙC
Maät ñoä: thuûy tinh < tinh theå (thuûy tinh quaéc 2100 2200kg/m3, maät ñoä
tinh theå -quaéc 2650kg/m3).
Khoaûng bieán meàm: năng lượng mạng không ổn định
Khoù tham gia phaûn öùng hoùa hoïc (maïng löôùi lieân keát vôùi
oxy beàn).
Caùch ñieän thuûy tinh silicaùt coù mieàn caám lôùn (10eV),
Tính daãn ion (do ion bieán tính taùch khoûi maïng löôùi),
Raát cöùng (caáu truùc coù ñoä sít chaët cao)
Khoâng coù khaû naêng leäch maïng (maïng löôùi khoâng traät töï)
Khoâng coù bieán daïng deûo, raát gioøn, khoù gia coâng nguoäi.
- SỰ KẾT TINH TỪ PHA LỎNG
NÓNG CHẢY VÀ TỪ PHA THỦY
TINH
Hai daïng chuyeån pha keát tinh:
- Töø khoái noùng chaûy quaù baõo hoøa (laøm nguoäi khoái thuûy tinh noùng
chaûy),
- Töø dung dòch quaù laïnh (thuûy tinh ôû traïng thaùi raén). naâng nhieät ñoä
khoái thuûy tinh raén leân tôùi nhieät ñoä caàn thieát, löu nhieät roài laøm
nguoäi
Baûn chaát quaù trình keát tinh khoâng khaùc nhau nhieàu, nhöng quaù
trình coâng ngheä laø khaùc nhau.
- XU HƯỚNG KẾT TINH
Hai giai đoạn: tạo mầm và phát triển mầm : r > r* (E* )
Kết tinh đồng thể hoặc dị thể.
Đồng thể: Hình thành ngẫu nhiên.
Dị thể: Tinh thể phát triển từ bề mặt (bình chứa hoặc pha tinh thể xúc tác ).
Taman (1902)
a: nguội chậm tạo các vi tinh, nguội nhanh tạo đa tinh thể lớn.
b: đặc trưng chất dễ kết tinh (nguội chậm tinh thể lớn, nguội nhanh tinh thể nhỏ,
mịn. Tốc độ làm nguội tăng (quá lạnh T4) chậm tạo tâm kết tinh.
c, đặc trưng các chất tạo thủy tinh khi quá lạnh với lượng nhỏ tinh thể (pha lỏng từ
B2O3, Na2O.Al2O3.6SiO2)
ĐỖ
QUA
NG
MIN
H Bộ
môn
Silic
at
ĐHB
nguon tai.lieu . vn
