固相反应

来源：固相反应 发表者：环保清洗网 发表时间：2008-09-24

传统的无机化学课程的重要使命之一是为分析化学课程中的定性分析和容量分析打基础，主要介绍无机物在水溶液中的性质和化学反应，这与“水”是最廉价、最易获得的溶剂也不无关系。但是，事实上除水溶液化学外，从古代陶瓷、瓦砖、玻璃的制作到现代的金属合金以及光、热、电磁性等材料却与固体化学密切相关。为此，有必要在此介绍一些固相反应的知识。

1. 固相反应的特点、分类及影响因素
　　固相反应是指那些有固态物质参加，而且至少有一种反应产物为固态物质的化学反应。
　　固相反应大致可归纳成几类：（1）一种固态物质的反应(如固体物质热分解、聚合)；（2）气－固相反应(如金属的锈蚀)；（3）液－固相反应；（4）固－固相反应；(如固体复分解反应、烧结反应)；（5）固态物质表面上的反应(如固相催化反应)。
　　固相反应不同于溶液反应，除了化学反应的一般规律外，还必须考虑固态反应物质的晶体结构类型、固体内部(又称体相)的缺陷、固体表面(又称表相)的结构、固体粒度以及反应温度等。
　　2. 固态物质热分解反应
　　固体表层的化学组成以及粒子(原子、离子、分子)的配位数和体相的是不同的。而且，从原子水平看，一般固体表面不可能像理想的二维点阵结构那样均匀、光滑，表层上粒子的活化状态也有所差别。再者，固体体相内大多存在点缺陷、位错、杂质等。正是在固体表相和体相中缺少对称性之处，容易成为分解反应的核心，先行形成固态产物的晶核。例如碳酸钙、高氯酸钾的热分解等即属于这类反应。
　　3. 固－固相反应
　　在任何聚集态的物质中，由于热运动的影响，即使是处于晶格结点上的分子、原子或粒子，或多或少都有可能瞬间偏离正常的平衡位置，这些粒子(甚至空穴)在浓差因素驱动下会产生扩散。例如两块经磨平抛光的铜锌片、在493K下紧密接触12小时后，发现在接触面上形成的0.3mm厚的扩散层。固态反应物粒子的接触和扩散，是固态产物晶核得以形成并不断生长的重要条件。
　　在1773K下，首先在Al₂O₃和MgO晶粒界面上或邻近界面的反应物晶格中形成MgAl₂O₄晶核，然后反应物晶格中的Mg²⁺、Al³⁺相对扩散到MgAl₂O₄晶核附近使晶核不断生长，同时形成更多的晶核，随着产物层的加厚，固相反应进行完全。
　　非金属陶瓷功能材料的制作工艺，先是在室温下将固态氧化物充分粉碎、混合均匀，再在钢模中挤压成型，然后高温烧结反应。高温条件无疑有利于破坏固态反应物的晶格和促进反应物粒子的扩散，但是必须注意，对有些反应体系采用不同的反应温度，有时会得到不同的反应产物。
　　氧化物、硅酸盐等物质的原子、离子间主要以共价键或离子键结合，结构稳定，粒子扩散慢，因此它们的固相反应常要在高温条件下进行；而大多数有机化合物和配位化合物(下章介绍)在高温下不稳定，只能在室温或较低的温度(<100℃)下合成。过去室温或较低温度下的固相反应一直未引起重视，近来南京大学忻新泉教授等利用室温或较低温度固相反应法，已经合成出许多新的化合物。例如，20℃下将浅蓝色的CuCl₂·2H₂O(分析纯)和白色的对甲基苯胺(C₇H₉N)分别研磨、过筛(100目)后，按1/2的物质的量之比装入一带塞的小试管中，摇动试管数秒钟后固体反应物即转变为褐色的CuCl₂(C₇H₉N)₂：

尽管许多室温或较低温度下的固相反应与溶液中发生的反应类似，但也有很多例外。

固相反应不使用溶剂，具有高选择性、高产率、工艺过程简单等优点，已成为人们制备新型固体材料的重要方法。

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