無機(jī)化合物的制備和表征

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1、第3章無機(jī)化合物的制備和表征3.1無機(jī)化合物的制備方法高溫?zé)o機(jī)合成低溫合成高壓合成水熱合成無水無氧合成電化學(xué)合成等離子體合成3.2無機(jī)分離技術(shù)溶劑萃取法離子交換分離膜法分離技術(shù)3.3表征技術(shù)X－射線衍射法紫外－可見分光光譜法紅外光譜法核磁共振波譜法電子順磁共振波譜法X－光電子能譜法熱分析法等。3.1無機(jī)化合物的制備方法無機(jī)化合物的制備不僅僅是燒杯反應(yīng)，性能優(yōu)異的無機(jī)材料大部分都是采用現(xiàn)代合成手段所得到，常見的無機(jī)化合物的現(xiàn)代制備方法包括高溫?zé)o機(jī)合成低溫合成高壓合成水熱合成無水無氧合成電化學(xué)合成等離子體合成等。3.1.1高溫?zé)o機(jī)合成高溫?zé)o機(jī)合成一般用于無機(jī)固體材料的制備。如高熔點(diǎn)金屬粉

2、末的燒結(jié)難熔化合物的熔化和再結(jié)晶各種功能陶瓷體的燒成等。在實(shí)驗(yàn)室中，一般的高溫可借燃燒獲得，如用煤氣燈可把較小的坩堝加熱到700～800℃。要達(dá)到較高的溫度，可以使用噴燈。更高的高溫則需使用各種高溫電阻爐(1000～3000℃)、聚焦?fàn)t(4000～6000℃)、等離子體電弧(20000℃)等。一般使用熱電偶高溫計進(jìn)行高溫的測量，測量范圍從室溫到2000℃，某些情況下可達(dá)3000℃。在更高的溫度下使用光學(xué)高溫計測量。一般的固相反應(yīng)在常溫常壓下很難進(jìn)行，或者反應(yīng)很慢，因此需要高溫使其加速。固－固相反應(yīng)，首先是在反應(yīng)物晶粒界面上或與界面鄰近的晶格中生成產(chǎn)物晶核，由于生成的晶核與反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)

3、不同，成核反應(yīng)需要通過反應(yīng)物界面結(jié)構(gòu)的重新排列，因而實(shí)現(xiàn)這步是相當(dāng)困難的；同樣，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在晶核上的晶體生長也有相當(dāng)?shù)碾y度，因?yàn)樵暇Ц裰械碾x子分別需要通過各自的晶體界面進(jìn)行擴(kuò)散才有可能在產(chǎn)物晶核上進(jìn)行晶體生長并使原料界面間的產(chǎn)物層加厚。高溫有利于這些過程的進(jìn)行，因此大多數(shù)固－固相反應(yīng)需要在高溫下進(jìn)行?？梢酝ㄟ^改變反應(yīng)物的狀態(tài)來降低固－固相反應(yīng)的溫度或者縮短反應(yīng)的時間，這被稱為前驅(qū)體法。常見的前驅(qū)體法有：●將反應(yīng)物充分破碎和研磨，或通過各種化學(xué)途徑制備成粒度細(xì)、比表面積大、表面具有活性的反應(yīng)物原料，然后通過加壓成片，甚至熱壓成型使反應(yīng)物顆粒充分均勻接觸；●通過化學(xué)方法使反應(yīng)物組分事先

4、共沉淀；共沉淀法是獲得均勻反應(yīng)前驅(qū)物的常用方法。設(shè)計所要合成的固體的成分，以其可溶性鹽配成確定比例的溶液，選擇合適的沉淀劑，共沉淀得到固體。共沉淀顆粒越細(xì)小，混合均勻化程度越高?！袢苣z－凝膠(Sol－gel)法溶膠－凝膠(Sol－gel)法合成是一種近期發(fā)展起來的能代替共沉淀法制備陶瓷、玻璃和許多固體材料的新方法。一般是以金屬醇鹽為原料，在水溶液中進(jìn)行水解和聚合，即由分子態(tài)—→聚合體—→溶膠—→凝膠—→晶態(tài)(或非晶態(tài))，因而很容易獲得需要的均相多組分體系。溶膠或凝膠的流變性質(zhì)有利于通過某種技術(shù)如噴射、浸涂、浸漬等方法制備各種膜、纖維或沉積。這樣，一些在以前必須用特殊條件才能制得的特種

5、聚集態(tài)(如YBa2Cu3O7－x超導(dǎo)氧化膜)就可以用此法獲得了?！裢ㄟ^化學(xué)反應(yīng)制成化合物前驅(qū)物等。高溫合成中還有一類特殊的反應(yīng)叫化學(xué)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，指的是一種固體或液體物質(zhì)A在一定的溫度下與一種氣體B反應(yīng)，形成氣相產(chǎn)物。這個氣相反應(yīng)產(chǎn)物在另外的溫度下發(fā)生逆反應(yīng)，重新得到A。iA(s或l)＋kB(g)＋…jC(g)＋……反應(yīng)中需要轉(zhuǎn)移試劑(即氣體B)，它的使用和選擇是轉(zhuǎn)移反應(yīng)能否進(jìn)行以及產(chǎn)物質(zhì)量控制的關(guān)鍵。如通過下面的反應(yīng)，可以得到美麗的鎢酸鐵晶體：FeO(s)＋WO3(s)FeWO4(s)這個反應(yīng)必須用HCl作轉(zhuǎn)移試劑。如果沒有HCl，則因FeO和WO3都不易揮發(fā)使得轉(zhuǎn)移反應(yīng)并不發(fā)生。當(dāng)有

6、了HCl后，由于生成了FeCl2、WOCl4和H2O這些揮發(fā)性強(qiáng)的化合物，使得轉(zhuǎn)移反應(yīng)能夠進(jìn)行。HCl(g)3.1.2低溫合成低溫合成也是現(xiàn)代無機(jī)合成中經(jīng)常采用的一種方法。常用來制備沸點(diǎn)低、易揮發(fā)、室溫下不穩(wěn)定的化合物。如稀有氣體化合物的合成等。獲得低溫的主要方法有各種制冷浴，如冰鹽共熔體系(0～－56℃)，干冰浴(－78.3℃)，液氮(－195.8℃)等。低溫的測定一般使用蒸汽壓溫度計(一種根據(jù)液體的蒸汽壓隨溫度的變化而改變的原理來制成的溫度計)。3.1.3高壓合成高壓合成一般用于合成超硬材料，如金剛石、氮化硼等。它是利用高壓力使發(fā)生不同元素間的化合得到一種新化合物或新物質(zhì)或產(chǎn)生多

7、型相轉(zhuǎn)變得到一種新相的方法。一般地說，在高壓或超高壓下，無機(jī)化合物中由于陽離子配位數(shù)增加、結(jié)構(gòu)排列變化或者結(jié)構(gòu)中電子結(jié)構(gòu)的變化和電荷的轉(zhuǎn)移等原因?qū)е孪嘧?，從而生成新結(jié)構(gòu)的化合物或物相。高壓合成常常需要加溫，所以高壓合成一般是指高壓高溫合成，分為靜態(tài)高壓高溫合成法，動態(tài)高壓高溫合成法。前一種方法合成條件易控制，是目前常用的，后一種方法合成條件難控制，較少用。合成中也常加入一些催化劑、壓力傳輸劑等。3.1.4水熱合成水熱合成(或廣義地為溶劑熱合成)是指在密閉的