پاورپوینت تئوری ها و مدل های ارائه شده در مکانوشیمی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

عنوان: تئوری ها و مدل های ارائه شده در مکانوشیمی

اسلاید 3 :

تئوری نقاط داغ
نخستین تلاش جهت تفسیر دلیل شروع واکنشهای شیمیایی حین آسیاکاری توسط بودن (Bowden)، تابور (Tabor) و یوفی (Yoffe) در سال 1954 صورت گرفت.
آنها دریافتند که سایش مواد و اجزاء آسیاکاری با همدیگر باعث ایجاد دمای معادل 1000 درجه کلوین روی سطح معادل 2mµ1 در بازه زمانی معادل 4-10-3-10 ثانیه خواهد شد
وجود چنین دماهایی در نوک ترک در حین رشد آن، بواسطه خرد شدن سریع ناشی از ضربه نیز تایید شده است.
در سالهای بعد این تئوری برای سایر فرآیندها نیز توسعه یافت که از آن جمله میتوان به اکسیداسیون فلزات اشاره نمود.

اسلاید 4 :

تئوری نقاط داغ
دمای نوک ترک حین اشاعه برای برخی مواد

بررسیهای صورت گرفته در همین زمینه حاکی از تشکیل فاز گازی حین اشاعه ترک در بلورهای غیرآلی مانند کلسیت (Calcite) ، منیزیت (Magnesite) ، سروسیت (Cerussite) و سرب میباشد.

اسلاید 5 :

تئوری نقاط داغ
در مواد ترد، نرخ رشد ترک میتواند به سرعت صوت برسد، که تحت این شرایط زمان برانگیختگی باند شیمیایی میتواند معادل 13-10 ثانیه می باشد.
با توجه به کوتاه بودن زمان ماندگاری در این بازه، استفاده از لفظ دما در چنین بازهای کاملاً نمادین میباشد.

اسلاید 6 :

مدل ماگما-پلاسما
در دهه 60، تیسن (Thiessen ) اولین مدل مکانیکی-شیمیایی را تحت عنوان مدل ماگما-پلاسما ارائه نمود. او برای توجیه آنچه که در فرآیندهای مکانیکی-شیمیایی روی می دهد، 3 تا 5 درصد انرژی اعمالی تلف شده به طرق دیگر، غیر از گرما، را مورد بررسی قرار داد.

مناطق سفید رنگ مشخص شده با N همان ساختار معمول دو ذره، دو منطقه مشکی رنگ مشخص شده با D ساختار فشرده شده تحت برخورد و فلش های خط چین نشان داده شده با E بیانگر انتشارات ساطع شده هستند.

اسلاید 7 :

مدل ماگما-پلاسما
مهمترین قسمت این مدل منطقه نقطه چینی است که با P مشخص شده است. این منطقه همان منطقه پلاسما است که برای اولین بار توسط تیسن مطرح شد.
براساس این مدل در نقطه تماس ذراتی که به یکدیگر برخورد می کنند، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. این انرژی باعث تشکیل حالت ویژه ای از پلاسما شده که به وسیله انتشار ذرات نسبتاً برانگیخته شده ماده جامد مشخص می شود.
این ذرات به طور عمده شامل الکترون، فوتون و یونهای مثبت و منفی بوده که طی زمان بسیار کوتاهی منتشر می گردند.

اسلاید 8 :

مدل ماگما-پلاسما
براساس این مدل، تیسن بین واکنش های صورت گرفته در حالت پلاسما و واکنش های انجام شده بر سطح ذرات برانگیخته شده، و یا مدتی پس از پایان حالت برانگیختگی، تمایز قایل شده است.
او نتیجه گرفت که واکنش های فعال شده در اثر کار مکانیکی از یک مکانیزم منحصر به فرد تبعیت نمی کنند، بلکه به دنبال فعال سازی مکانیکی فرآیندهای مختلفی به وجود می آیند.

اسلاید 9 :

مدلی مشتمل بر چند مرحله از پراکندگی موقت انرژی به فضای اطراف توسط تیسن ارایه شده است.
این مدل فعل و انفعالات انجام شده در منطقه پلاسما را مورد بحث قرار می دهد.
مراحل موجود در این مدل براساس شدت برانگیختگی و اولویت زمانی تقسیم شده اند.
اولین مرحله همان مرحله تریبوپلاسما است. در اثر برخوردهای بسیار شدید صورت گرفته در فعال سازی مکانیکی، مرحله تریبوپلاسما (Triboplasma) انجام شده و منجر به انتشار انرژی اضافی طی زمان بسیار کوتاه 11-10 تا 7-10 ثانیه می شود.

اسلاید 10 :

مرحله تریبوپلاسما آشفتگی بسیار شدید ساختار جامد را به دنبال دارد.
در اثر این آشفتگی شدید ذرات به شدت برانگیخته و ناپایدار در محیطی از واکنش های شیمیایی قرار می گیرند.
در این محیط به شدت برانگیخته، فرآیندهایی نظیر تصعید مولکولی، تبادل ماده بین عامل برخورد کننده و هدف و همچنین انتشار فوتون صورت می گیرند.
همه تغییراتی که در فرآیند تریبوپلاسما بیان شد طی زمان بسیار کوتاه (11-10 تا 7-10 ثانیه) روی می دهند.

اسلاید 11 :

این بازه زمانی کوتاه سبب عدم توزیع ذرات بر اساس مدل تعادلي ماکسول-بولتزمن می شود. در نتیجه دمای تعادلی حاصل نشده و واکنش های شیمیایی صورت گرفته در چنین حالتی را نمی توان براساس قوانین ترمودینامیک تعادلی تفسیر نمود.
تبدیلات در حالت تریبوپلاسما طبیعت اتفاقی دارند و فقط از ترمودینامیک آماری می توان برای تفسیر واکنش های حادث شده در این مرحله استفاده نمود.

اسلاید 12 :

فرآیندهای ناشی از فعال سازی مکانیکی

اسلاید 13 :

تئوری فونون و نابجایی
ارئه دهندگان این مدل در سال 1974 چنین ادعا کرده اند که کار مکانیکی روی مواد جامد باعث تشکیل و آمدن نابجایی ها به سطح ذرات می شود.
محل تقاطع نابجایی با سطح ذرات به عنوان یک مکان فعال شیمیایی عمل می کند.
در این مدل حرکت نابجایی در مواد جامد با تشکیل فونون همراه بوده، چرا که نابجایی ها حین حرکت با همدیگر و سایر عیوب موجود در مواد برخورد می کنند.
این فرآیند باعث انجام استحاله در مواد جامد می شود.

اسلاید 14 :

مدل سینتیک
در این مدل که در سال 1972توسط بولدریو (Boldyrev) ارائه شده است، فرآیند مکانوشیمیایی از دیدگاه مراحل محدود کننده فرآیند مورد بررسی قرار می دهد.
بر این اساس تجزیه مواد جامد را می توان به صورت فعال شدن، غیر فعال شدن و انجام واکنش شیمیایی ارزیابی نمود.
در این دیدگاه دو حالت کلی وجود دارد:
تجزیه مواد با فرآیندهای فعال شدن و شکسته شدن پیوند شیمیایی همراه می باشد مانند آنچه در تجزیه حرارتی اتفاق می افتد .
تجزیه مواد به صورت تدریجی و طی چند مرحله گذرا اتفاق می افتد.
این مدل به صورت خاص در چند مورد نیز تایید شده است.

اسلاید 15 :

مدل ضربه ای
بر اساس مدل ضربه ای که در سال 1984 توسط لایاچو (Lyachov) ارائه شده، سینتیک استحاله مکانوشیمیایی با بازه زمانی تعیین می شود که مواد با گلوله ها و محفظه در تماس هستند، که این زمان متفاوت با زمان آسیاکاری می باشد.
بر این اساس فرآیند آسیاکاری را می توان به صورت مشخصه پالسی نشان داد.
رها شدن و تشکیل میدان های تنشی در فواصل مشخص به صورت یکی پس از دیگری اتفاق می افتد و در مرحله رهایی مجموعه ای از رویدادهای شیمیایی و فیزیکی گوناگون انجام می شود.

اسلاید 16 :

تئوری بالانس انرژی
در این مدل (1989)، براساس پارامترهای آسیاکاری موثر بر میزان خردایش انرژی وارد شده شامل زمان آسیاکاری، سرعت آسیاکاری، نسبت گلوله به پودر و نوع آسیاکاری؛ مقدار انرژی وارد شده به پودر در حال آسیاکاری محاسبه گردید و از روی آن استحاله های صورت گرفته در حالت جامد توضیح داده شد.

اسلاید 17 :

مدل کروی
این مدل برای اولین بار توسط تیسن در سال 1983 ارائه گردید و در حقیقت تکامل یافته مدل ماگما پلاسما می باشد.
بر اساس این مدل بالاترین مرحله برانگیختگی از نظر انرژی (مرحله تریبوپلاسما) به صورت دینامیکی به مرحله بعد تبدیل می گردد، که پلاسمای لبه ای و ورای آن (Edge and Post Plasma) نامیده می شود و در نتیجه رهاسازی حالت پلاسما به وجود می آید.

اسلاید 18 :

علت آغاز این مرحله به دو مورد بر می گردد:
نخست آنکه شبکه آشفته به دلیل ناپایداری تمایل زیادی به رهاسازی دارد. این مورد احتمالاً از مهمترین عوامل شکل گیری مرحله دوم است.
دلیل دیگر که در عمل هم اتفاق می افتد آن است که محصولات تریبوپلاسما نظیر اگزوالکترون ها، فوتون ها، مولکول ها و یون ها نسبت به هم بی تفاوت نبوده و تمایل به ترکیب مجدد با یکدیگر دارند.
مجموعه این عوامل منجر به گذر از حالت تریبوپلاسما و ورود به مرحله دوم یعنی پلاسمای پایانی خواهد شد.
تحت این شرایط سرعت انجام واکنش ها بسیار بالا خواهد بود.

اسلاید 19 :

مراحل پلاسمای لبه ای و پلاسمای پایانی

اسلاید 20 :

بر اساس این تئوری فرآیندهای مرتبط با شکست ذرات، انتشار فونون و ساطع شدن الکترون ها و فوتون ها نقش به سزایی در جوانه زنی واکنش های شیمیایی خواهد داشت.
در مرحله ی پلاسمای لبه ای و پلاسمای پایانی مجموعه ای از واکنش های برگشت ناپذیر اتفاق می افتد و امکان استفاده از روابط حاکم بر ترمودینامیک تعادلی وجود ندارد.
بر اساس این مدل بعد از سپری شدن مرحله پلاسمای لبه ای و پلاسمای پایانی یک سری عیوب پایدار در ماده باقی می ماند که به صورت تعادلی در سیستم قرار دارند و امکان استفاده از ترمودینامیک تعادلی برای تفسیر رفتار ماده بر اساس عیوب پایدار ایجاد شده وجود دارد.