بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
اصول سنتز نانوذرات با روش ترسیب شیمیایی (1)
اسلاید 2 :
روش های سنتز شیمیایی
در بسیاری از سنتزهای نانو ، هدف تهیه نانوذرات تکپخش (Monodisperse) است.
اسلاید 3 :
روش های سنتز شیمیایی
روند سنتز زمانی ارزشمند است که تغییرات در اندازه ذرات محصول کمتر از 5% باشد.
نانوذراتی که گستره اندازه (Size Distribution) محدود دارند، خصوصیات همگن و ویژهای را از خود نشان میدهند.
تنها چنین نانوساختارهایی این قابلیت را دارند که به طور گسترده در محصولات صنعتی به کار روند.
ارائه روش های سنتز نانومواد در مقیاس بالا (Large Scale) که منجر به تولید ذرات تکپخش و همگن میشوند، بسیار قابل توجه است.
اسلاید 4 :
روش های سنتز شیمیایی
سنتزهای شیمیایی روشهایی را در بر میگیرند که شامل رسوبگیری (Precipitation) از فاز مایع (یا محلول) است.
این روشها در مقابل روشهای مکانیکی سنتز نانومواد (معمولاً رویکردهای بالا به پایین) و روشهای فیزیکی (معمولاً روشهای سنتز از فاز گازی) قرار میگیرند.
اسلاید 5 :
روش های سنتز شیمیایی
دیگر نامهای این روش در برخی متون:
روش های سنتز تر یا مرطوب (Wet Synthesis Methods)
سنتز از فاز محلول (Solution Phase Synthesis)
در این حالت گونههای محلول به فرم شیمیایی نامحلول (یا کممحلول) تبدیل میشوند.
اسلاید 6 :
روش های سنتز شیمیایی
روشهای شیمیایی سنتز نانومواد، از آن جهت که از رویکردهای پایین به بالا (Bottom Up Method) محسوب میشوند.
توانایی مهندسی نانوساختار و همچنین اصلاح سطح (Surface Modification) را فراهم میآورند.
اسلاید 7 :
روش های سنتز شیمیایی
روشهای سنتز از فاز محلول همانند روشهای فیزیکی (و برخلاف بسیاری از روشهای مکانیکی)، علاوه بر نانوپودرها.
قابلیت ساخت لایهنازک (Thin Film) با فناوری نانو را داراست.
روشهای شیمیایی در مقایسه با روشهای فیزیکی به امکانات سادهتر و ارزانتری نیازمندند.
این خود یک مزیت عمده در مقیاس تحقیقات آزمایشگاهی و همچنین تولیدات صنعتی محسوب میشود.
اسلاید 8 :
روش های سنتز شیمیایی
روش های سنتز شیمیایی شامل موارد زیر است:
تخریب حرارتی (Thermal Decomposition)
سولوترمال و هیدروترمال (Solvothermal and Hydrothermal)
سنتز در میکروامولسیون (Microemulsion)
مایسل معکوس (Reverse Micelle)
سل-ژل (Sol-Gel)
روش های ترسیب شیمیایی (Chemical Precipitation)
اسلاید 9 :
روش ترسیب شیمیایی (Chemical Precipitation Synthesis)
روش ترسیب شیمیایی، اصلی ترین و جزء اولینها در میان روشهای شیمیایی ساخت نانوذرات است.
این روش گاه به طور دقیقتر روش هم رسوبی (Co-precipitation) نیز نامیده میشود، چون.
همرسوبی فرآیندی است که در آن ماده ای محلول در محیط به ساختاری نامحلول تبدیل میشود.
اسلاید 10 :
فرآیند رسوبگیری شیمیایی مراحل هستهزایی (Nucleation) و رشد (Growth) را در بر دارد.
کنترل همین دو مرحله است که منجر به تولید محصولات با کیفیت می گردد.
اسلاید 11 :
بسیاری از ترکیباتی که با این روش (در دماهای پایین) ایجاد میشوند، حالت بیشکلند.
لذا برای بهدست آوردن محصولاتی با ساختار بلوری مناسب.
انجام فرآیندهای حرارتی ثانویه همچون کلسینه شدن یا بازپخت ضروری است.
فرآیندهای حرارتی ثانویه میتوانند منجر به کلوخهای شدن و کاهش کیفیت ذرات محصول شوند.
از همین رو تهیه ذرات تکپخش با روش ترسیب شیمیایی به سختی مهیا میشود.
اسلاید 12 :
واکنشهای شیمیایی در سنتزهای نانو
این واکنشها به صورت کلی فرآیندهای سنتزی همرسوبی (Coprecipitation) نامیده میشوند و شامل انواعی از واکنش های زیر می باشند:
واکنشهای رسوبی (Precipitation)
اکسایش-کاهش (Redox)
فرآیندهایی همچون آبکافت (Hydrolysis)
گرماکافت (Thermolysis)
بسپارش (Polymerization)
تراکم (Condensation)
اسلاید 13 :
واکنشهای رسوبی (Precipitation Reactions):
زمانی که غلظت ترکیب از حلالیت آن فراتر میرود، ماده شروع به رسوب کردن میکند.
گاه رسوب گیری در شرایط فوق اشباع صورت میگیرد.
معمولاً واکنشهای جانشینی متقابل (Metathesis Reaction) میتوانند منجر به تولید جامد یونی کممحلول شوند، که محصول رسوبی را ایجاد میکند.
گاه این واکنش بهطور ساده واکنش جانشینی دوگانه (Double Displacement) خوانده میشود.
اسلاید 14 :
شمای کلی واکنش جانشینی دوگانه و واکنش بین نمک نیترات نقره و سدیم کلرید:
کلرید نقره کم محلول است و تقریباً به محض تولید در محلول، رسوب میکند.
محصول سدیم نیترات که با (aq) در معادله نمایانده شده، در محیط آبی محلول است و به صورت یونهای مجزای Na+ و NO3- وجود دارد.
این یونها تنها نقش همراه (Contour Ion) یا ناظر (Spectator Ion) را داشتهاند و خود در واکنش شرکت نکرده اند.
اسلاید 15 :
با حذف یونهای ناظر، میتوان واکنش کلی را بهصورت زیر نوشت:
یونهای نقره و کلرید (بر خلاف کاتیون سدیم و نیترات).
تنها در غلظت بسیار پایین میتوانند در کنار یکدیگر در محلول آبی حضور داشته باشند.
این یونها سریعاً تشکیل رسوب می دهند.
در جهت عکس معادله بالا میتوان گفت که.
رسوب کلرید نقره بهمیزان کم در محیط آبی محلول است و بر اثر انحلال ناچیز، مقدار اندکی از یونهای نقره و کلرید آزاد در محیط ایجاد میگردد.
اسلاید 16 :
واکنش جانشینی ترسیبی ساده با در نظر گرفتن ضرایب استوکیومتری:
رابطه تعادل ترمودینامیکی بین محصول و اجزای تشکیل دهنده واکنش بالا بر حسب غلظت (بهجای فعالیت).
با عبارت حاصلضرب حلالیت (Solubility Product) بیان میگردد:
عبارات درون براکت نشان دهنده غلظت گونههای A و B میباشند.
مقادیر Ksp و درنتیجه حلالیت برای برخی ترکیبات از جمله هیدروکسیدها (Hydroxides)، کربناتها (Carbonates)، اگزالات ها (Oxalates) و کلکوژناید ها (Chalcogenides) در حلال آبی کوچک است.
اسلاید 17 :
واکنشهای اکسایش-کاهش (Redox):
هرچند واکنشهای جانشینی دوگانه میتوانند منجر به تشکیل ترکیبات کممحلول شوند، اما واکنشهای دیگری نیز ترکیبات کممحلول را فراهم میآورند.
واکنشهای اکسایش-کاهش با تغییر در عدد اکسایش اجزاء بهکار رفته در واکنش همراه هستند.
اسلاید 18 :
برای تهیه فرم نامحلول از یون فلزی در محیط آبی، به طور معمول از واکنش کاهش (Reduction) استفاده میشود.
نیمواکنش احیای فلز در زیر آورده شدهاست:
الکترون (ne-) در معادله بالا میتواند از اکسیداسیون یک عامل کاهنده شیمیایی فراهم میشود.
اسلاید 19 :
همیشه در یک فرآیند اکسایش-کاهش شیمیایی (Redox)، دو ترکیب شیمیایی در کنار یکدیگر اکسید و احیا میشوند.
ترکیبی که اکسید میشود الکترون آزاد میکند و لذا کاهنده (Reducing Agent) نامیده میشود.
ترکیب دوم (در اینجا یون فلزی به عنوان اکسنده) باعث اکسیداسیون عامل کاهنده میشود.
اسلاید 20 :
اینکه دو ماده در کنار یکدیگر در طی یک فرآیند اکسید و احیا نقش الکتروندهنده و الکترونگیرنده را بازی کنند به..
پتانسیل استاندارد الکترودی (Standard Electrode Potential – E0) مربوط است.
این کمیت (E0) در اصل شاخصی از تمایل ترکیب شیمیایی جهت گرفتن و یا آزاد کردن الکترون است که از جداول مربوطه در کتب شیمی تجزیه قابل استخراج است.
