和A12O3反应的实验中，得到这个比约为1:2.7，说明上述机
理基本可靠．
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影响反应速率ห้องสมุดไป่ตู้因素
通过上例的分析,可知在固态物质直接反应 中，反应速率明显地受下列因素影响: (1) 反应物的接触面（和反应物表面积大小、粒 度大小有关）; (2) 产物的成核速率； (3) 反应物离子通过界面处产物层的扩散速率。
金属固体 离子固体 分子固体
（化 学 键）
原子固体 工程材料
高强高韧材料 高温材料 研磨材料 界面材料
※按功能分类
……
功能材料
电学材料 光学材料 磁学材料
金属材料 ※若按材料的成分和 陶瓷材料
…… 生物材料
特性分类
有机高分子材料
复合材料
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7.2 固体材料的合成
物质在固态呈现与液态不同的反应性能。固态 突破了传统液态的某些规律,往往得到与液态 不同的反应结果;在复杂的反应体系中，固态 又显示出极高选择性和专一性。
面。
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MgO, Al2O3固态反应模式
左界（MgO—MgAl2O4）:
2 A13+ —3 Mg2+ + 4MgO—→MgAl2O4
右界MgAl2O4—A12O3)：
3 Mg2+ —2 A13+ +4 A12O3—→3 MgAl2O4
总起来： 4[MgO+A12O3—→MgAl2O4]
以原始界面为零点,界面增厚速率左:右应作1:3．在MgO
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1、固体材料的合成方法分类:
化学是中心科学，而化学合成则又是化学的中心。
固相合成法
金属盐类热分解
固相热解法 有机盐类热分解 氢氧化物热分解
黄铁矿
低热固相反应法
自蔓延法
固态置换法（SSM）
爆炸法（利用瞬间的高温高压）
超声空穴法
低温粉碎法
超声波粉碎法 溶胶-凝胶法 …….
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2、固体反应机理
※ 高温固相反应的机制 • 一般原理 • 反映条件 • 结构考虑 • 为何固态反应难以进行？ • Wagner（瓦格纳）机理
⑴. 热容和相变热
热容是指1.0 mol固体温度升高1℃时所吸收的热量,单位为 J/K。比热容是指在不发生体积变化的情况下，每度(℃)热容的 变化，因此比热容关联着热容与温度，热容是能量大小的表征。
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⑵. 热膨胀
是指温度改变Δt 时,固体在一定方向上发生相对长
度的变化Δl/l0，称为线膨胀系数α，如果是指相对体 积的变化ΔV/V0，则成为体积膨长系数β。
在体系的两侧是反应物,中间
即原来是界面的地方，是产物
尖晶石，于是新产生出左右两
个新的界面，Mg2+和A13+离子
就通过中间这一层向对方扩散，
在左右两个界面上继续反应，
这叫Wagner (瓦格纳)机理。为
了 使 得 电 荷 平 衡 ， 每 3 个 Mg2+
离子扩散到右边界面，同时就 会有2个A13+离子扩散到左界 MgO, Al2O3固态反应模式
l0,V0分别表示物体原来的长度、体积。
热膨胀和结构的关系很密切。 对于组成相同的物质,由于结 构不同，膨胀系数也不同。通 常结构紧密的晶体，膨胀系数 都较大，而类似于无定型的玻 璃则往往有较小的膨胀系数。
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⑶. 热传导:是介质内无宏观运动时的传热现象,其在固体、液体 和气体中均可发生，但严格而言，只有在固体中才是纯粹的 热传导，而流体即使处于静止状态，其中也会由于温度梯度 所造成的密度差而产生自然对流，因此，在流体中热对流与 热传导同时发生。
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3、无机固体材料的类型
单晶 单质 ：单晶硅 金刚石 化合物：砷化镓 碲化铋
晶态
单质：多晶硅 烧结金刚石
※按结构 分类
多晶
传统陶瓷
化合物：新型陶瓷：结构陶瓷
自然石料 功能陶瓷
单质玻璃
无定型硅 硒玻璃 生物玻璃
非晶态 化合物玻璃：日用玻璃：器皿 门窗 等
功能玻璃：光纤 光电管 等
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分类:
※按质点间的 结合力分类
以MgO和A12O3生成镁尖晶石MgAl2O4为例,成晶核的过程可 能是:O2—离子在产物晶核位置上重排而Mg2+和Al3+离子则通
过MgO和A12O3界面互相交换。
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晶核形成后,晶体在其上继续生长．这时，界面上有了一 个产物层，反应物MgO和A12O3相隔更远．新产生两个界 面，即可表示为MgO-MgAl2O4和MgAl2O4-A12O3．反应 物要通过扩散，才能到达新界面，为继续反应创造条 件．这个扩散比较慢，成为反应速率的决定步骤．
第七章 固体无机化学
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7.1 引 言
无机固体化学是跨越: 无机化学 固体物理学 材料科学
结构
结晶学 等学科的交叉领域,是当 前无机化学中十分活跃 的新兴分支学科。
材料
物理 性能
化学反 应性能
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1.固体化学的定义及研究内容是:
研究固体物质的制备,结构、性质及应用。
※ 固体化学是固体科学中最核心的部分 ;无机固体材料则 是固体化学中最核心的部分 ;
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7.3.无机材料物理性质
无机固体常呈现特异的电、磁、光、热、力及其相互转化 以及催化、吸附、离子交换等性质而在现代技术中有重要应用。
1. 无机材料的热学性质
无机材料的热学性质包括热容、热传导、热膨胀、热稳定性 等。材料受热时,首先回产生三个明显的热效应，即吸收、传导 和膨胀。他么们的量度指标分别是热容、热传导和热膨胀系数。
※ 无机固体的结构类型的多样性和复杂性是固体化学研 究的中心内容;
※ 固体结构的另一重要方面是固体的缺陷结构; ※ 有关构成固体的化学键; ※ 固体无机化合物的合成与制备 ; ※ 固体的表征:分析技术和和研究方法; ※ 固体的物理、化学性质。
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2.固体化学发展的若干前沿领域:
※ 固体无机化合物和新材料的新合成方法 ; ※ 室温和低热固相化学反应; ※ 纳米粒子与纳米相功能材料; ※ 层状化合物与高温超导; ※ 原子簇化合物与C60 ; ※ 生物无机固体化学.
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无机合成与制备化学中若干前沿课题
1 新合成反应、路线与技术的开发以及相关基础 理论的研究
2 极端条件下的合成路线、反应方法与制备技术 的基础性研究
3 仿生合成与无机合成中生物技术的应用 4 绿色（节能、洁净、经济）合成反应与工艺的
基础性研究 5 特种结构无机物或特种功能材料的分子设计、
裁剪及分子（晶体）工程学
※ 低温固相反应的机制
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固态材料直接反应
首先需要将反应物碾细并作 充分的混合,还需要较高的反 应温度。
两种固态粉末发生反应，是 在两者的界面附近，首先是 生成产物的晶核。由于反应 物和产物结构上的差异，生 成晶核会有一定困难，其中 涉及化学键的断裂和生成， 某些原子的迁移和扩散。
MgO, Al2O3固态反应模式