固相反應

solid state reaction 指所有包含固相物質參加的化學反應，包括固-固相反應、固-氣相反應和固-液相反應等。

基本介紹

• 中文名：固相反應
• 外文名：solid state reaction
• 解釋：包含固相物質參加的化學反應
• 分類：固-固相、固-氣相和固-液相反應

分類

固相反應大致可歸納成幾類：

(1)一種固態物質的反應(如固體物質熱分解、聚合)；

(2)氣－固相反應(如金屬的鏽蝕)；

(3)液－固相反應；

(4)固－固相反應；(如固體複分解反應、燒結反應)；

(5)固態物質表面上的反應(如固相催化反應)。

特點

（1）速度較慢-固體質點間鍵力大，其反應也降低。

（2）通常在高溫下進行——高溫傳質，傳熱過程對反應速度影響較大。

反應機理

（1）反應物遷移過程蒸發-凝聚、溶解-沉澱到相界面上。

（2）在相界面上發生化學反應，傳熱傳質使反應基本在相界面上進行。

（3）反應物通過產物層的擴散，反應物達到一定厚度，進一步反應到必須反應物通過產物層的擴散。

影響因素

1.反應物化學組成與結構的影響

反應物結構狀態質點間的化學鍵性質、各種缺陷的多少都會影響反應速率。

實際：利用多晶轉變、熱分解、脫水反應等過程引起晶格效應來提高生產效率。

2.反應物顆粒尺寸及分布的影響

(1)顆粒愈小，反應愈劇烈。

(2)顆粒尺寸可改變反應界面、擴散截面以及顆粒表面結構。

R0愈小，比表面越大，反應截面越大 ，鍵強分布曲率變平，弱鍵比例越大，Þ反應和擴散能力越大。

注意：顆粒尺寸不同反應機理也可能變化。

套用舉例

在任何聚集態的物質中，由於熱運動的影響，即使是處於晶格結點上的分子、原子或粒子，或多或少都有可能瞬間偏離正常的平衡位置，這些粒子(甚至空穴)在濃差因素驅動下會產生擴散。例如兩塊經磨平拋光的銅鋅片、在493K下緊密接觸12小時後，發現在接觸面上形成的0.3mm厚的擴散層。固態反應物粒子的接觸和擴散，是固態產物晶核得以形成並不斷生長的重要條件。

在1773K下，首先在Al2O3和MgO晶粒界面上或鄰近界面的反應物晶格中形成MgAl2O4晶核，然後反應物晶格中的Mg2+、Al3+相對擴散到MgAl2O4晶核附近使晶核不斷生長，同時形成更多的晶核，隨著產物層的加厚，固相反應進行完全。

非金屬陶瓷功能材料的製作工藝，先是在室溫下將固態氧化物充分粉碎、混合均勻，再在鋼模中擠壓成型，然後高溫燒結反應。高溫條件無疑有利於破壞固態反應物的晶格和促進反應物粒子的擴散，但是必須注意，對有些反應體系採用不同的反應溫度，有時會得到不同的反應產物。

氧化物、矽酸鹽等物質的原子、離子間主要以共價鍵或離子鍵結合，結構穩定，粒子擴散慢，因此它們的固相反應常要在高溫條件下進行；而大多數有機化合物和配位化合物在高溫下不穩定，只能在室溫或較低的溫度(<100℃)下合成。過去室溫或較低溫度下的固相反應一直未引起重視，近來南京大學忻新泉教授等利用室溫或較低溫度固相反應法，已經合成出許多新的化合物。例如，20℃下將淺藍色的CuCl2·2H2O(分析純)和白色的對甲基苯胺(C7H9N)分別研磨、過篩(100目)後，按1/2的物質的量之比裝入一帶塞的小試管中，搖動試管數秒鐘後固體反應物即轉變為褐色的CuCl2(C7H9N)2：

CuCl2·2H2O(s) + 2C7H9N(s)──→ CuCl2(C7H9N)2(s) + 2H2O

儘管許多室溫或較低溫度下的固相反應與溶液中發生的反應類似，但也有很多例外。

固相反應不使用溶劑，具有高選擇性、高產率、工藝過程簡單等優點，已成為人們製備新型固體材料的重要方法。