[科普中國]-固相反應(yīng)法

固相反應(yīng)是固體間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新固體產(chǎn)物的過程。固相反應(yīng)有著不同的分類方式，按反應(yīng)機(jī)理不同，分為擴(kuò)散控制過程、化學(xué)反應(yīng)速度控制過程、晶核成核速率控制過程和升華控制過程等；按反應(yīng)物狀態(tài)不同，可分為純固相反應(yīng)、氣固相反應(yīng)（有氣體參與的反應(yīng)）、液固相反應(yīng)（有液體參與的反應(yīng)）及氣液固相反應(yīng)（有氣體和液體參與的三相反應(yīng)）；按反應(yīng)性質(zhì)不同，分為氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、加成反應(yīng)、置換反應(yīng)和分解反應(yīng)。

固相反應(yīng)法的原理兩種或兩種以上的物質(zhì)(質(zhì)點(diǎn))通過化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)，其微觀過程應(yīng)該是：反應(yīng)物分子或離子接觸+反應(yīng)生成新物質(zhì)(鍵的斷裂和形成)，在溶液反應(yīng)中，反應(yīng)物分子或離子可以直接接觸，在固相反應(yīng)中，反應(yīng)物一般以粉末形態(tài)混合，粉末的粒度大多在微米量級(jí)，反應(yīng)物接觸是很不充分的。實(shí)際上固體反應(yīng)是反應(yīng)物通過顆粒接觸面在晶格中擴(kuò)散進(jìn)行的，擴(kuò)散速率通常是固相反應(yīng)速度和程度的決定因素。1

固相反應(yīng)的特點(diǎn)①固體原料之間參加化學(xué)反應(yīng)。

②因固體質(zhì)點(diǎn)間作用力很大，擴(kuò)散受到限制和反應(yīng)濃度對(duì)反應(yīng)物的影響很小，于是將固相反應(yīng)分為相面反應(yīng)和物質(zhì)遷移兩個(gè)過程。

③固相反應(yīng)開始溫度常遠(yuǎn)低于反應(yīng)物的熔點(diǎn)或系統(tǒng)低共熔溫度。這一溫度與反應(yīng)物內(nèi)部出現(xiàn)明顯擴(kuò)散作用的溫度相一致，稱為泰曼溫度或燒結(jié)開始溫度。不同物質(zhì)的泰曼溫度與其熔點(diǎn)（Tm）間存在一定的關(guān)系。當(dāng)反應(yīng)物之一存在多晶轉(zhuǎn)變時(shí)，此轉(zhuǎn)變溫度往往是反應(yīng)開始變得顯著的溫度，這一規(guī)律稱為海德華定律。2

固相反應(yīng)的一般工序先按規(guī)定的組成稱量、用水做為分散劑混合，為達(dá)到目的，需在球磨機(jī)內(nèi)用瑪瑙球?qū)⒘料噙M(jìn)行混合，混合均勻后用壓濾機(jī)脫水，在電爐上焙燒，加熱至粉末狀時(shí)，固相反應(yīng)意外的現(xiàn)象也在同時(shí)進(jìn)行：顆粒增長，燒結(jié)，且這兩種現(xiàn)象同時(shí)在原料和反應(yīng)物間出現(xiàn)。

固相反應(yīng)在室溫下進(jìn)行的比較慢，為了提高反應(yīng)速率，需要加熱至1000℃～1500℃，因此熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)在固相反應(yīng)中都有很重要的意義。2

固相反應(yīng)制備粉末固相反應(yīng)的原料和產(chǎn)物都是固體。原料以幾微米或更粗的顆粒狀態(tài)相互接觸、混合。固相反應(yīng)分為產(chǎn)物成核和生長兩部分。通常，產(chǎn)物和原料的結(jié)構(gòu)有很大不同，成核是困難的。因?yàn)樵诔珊说倪^程中，原料的晶格結(jié)構(gòu)和原子排列必須作出很大的調(diào)整，甚至重新排列。顯然，這種調(diào)整和重排要消耗很多能量，因而只能在高溫下發(fā)生。如果產(chǎn)物和某一原料在原子排列和鍵長兩方面都很接近，只需進(jìn)行不大的結(jié)構(gòu)調(diào)整就可以使產(chǎn)物成核，成核就比較容易發(fā)生。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李曉林 - 教授 - 西南大學(xué)