第二章+材料合成的条件与优化.ppt

2.1溶剂的选择与提纯,挥发速度估计（一）挥发速度与沸点之间没有递减关系（二）分析1、氢键的形成2、正丁醇与乙酸乙酯相比，正丁醇分子间形成了氢键3、影响溶剂挥发速度的因素,溶剂的提纯,以干燥剂进行脱水常用的干燥剂有三类：一类为酸性干燥剂浓硫酸、五氧化二磷、硅胶等；第二类为碱性干燥剂固体烧碱、石灰和碱石灰（氢氧化钠和氢氧化钙的混合物）第三类是中性干燥剂，如无水氯化钙、无水硫酸镁等,无水氯化钙：因其价廉、干燥能力强而被广泛应用。干燥速度快，能再生，脱水温度473K。一般用以填充干燥器和干燥塔，干燥药品和多种气体。不能用来干燥氨、酒精、胺、酰、酮、醛、酯等。无水硫酸镁：有很强的干燥能力，吸水后生成MgSO4.7H2O。吸水作用迅速，效率高，价廉，为一良好干燥剂。常用来干燥有机试剂。固体氢氧化钠和碱石灰：吸水快、效率高、价格便宜，是极佳的干燥剂，但不能用以干燥酸性物质。常用来干燥氢气、氧气、氨和甲烷等气体。,变色硅胶：常用来保持仪器、天平的干燥。吸水后变红。失效的硅胶可以经烘干再生后继续使用。可干燥胺、NH3、O2、N2等活性氧化铝（Al2O3）：吸水量大、干燥速度快，能再生（400-500K烘烤）。无水硫酸钠：干燥温度必须控制在30以内，干燥性比无水硫酸镁差。硫酸钙：可以干燥H2、O2、CO2、CO、N2、Cl2、HCl、H2S、NH3、CH4等,去除过氧化物根据基团的氧化性质，以适当还原剂（如硫酸亚铁、氯化亚铜等破坏之,过氧化物的检验：,通常根据杂质气体的性质采用合适的试剂或洗涤剂将杂质气体吸收或将其转化为所需气体，从而达到净化与干燥的目的。,2.2气体的净化与分离,气体的干燥：,常见气体杂质及其吸收去除,欲连续多步除去杂质气体时，要合理安排吸收装置的顺序，保证气体的有效净化。,气体钢瓶及注意事项高压气瓶是在加压下贮存或运送气体的容器，是用无缝合金钢或碳素钢管制成的圆柱形容器，器壁很厚，一般最高工作压力为15MPa。氢气、氧气、氮气、空气等在钢瓶中呈压缩气状态，二氧化碳、氨、氯、石油气等在钢瓶中呈液化状态。乙炔钢瓶内装有多孔性物质（如木屑、活性炭等）和丙酮，乙炔气体在压力下溶于其中。为了防止各种钢瓶混用，全国统一规定了瓶身、横条以及标字的颜色，以资区别。使用时为了降低压力并保持压力稳定，必须装置减压阀，各种气体的减压阀不能混用。,2.3真空的获得,2.4高温的获得与测量,在实验室中，一般的高温可借燃烧获得，如用煤气灯可把较小的坩埚加热到700800。要达到较高的温度，可以使用喷灯。更高的高温则需使用各种高温电阻炉(10003000)、聚焦炉(40006000)、等离子体电弧(20000)等。一般使用热电偶高温计进行高温的测量，测量范围从室温到2000，某些情况下可达3000。在更高的温度下使用光学高温计测量。,可加热的设备举例,可加热的设备举例,1入炉端钢带；2炉顶；3出炉端钢带；4排气管；5炉门,隧道窑,箱式炉,梭式窑主要技术参数,1、窑内空间：2.16立方米,有效装载容积：1.0立方。2、窑车数量：2台，其中1台备用。3、烧嘴数量：4个高速比例烧嘴,230KW/h-50M/S。4、燃料：天然气，热值8600KCAL/M3。5、烧成温度：设计最高1750，使用最高1700。6、温差要求：5。7、周期烧成：用户自定。8、气氛要求：氧化焰/氮气保护。9、烧成产品：氮化硅材料。,采用立方型平顶结构，窑顶采用氧化铝空心球平面式吊挂结构;窑墙外层是钢框架，中间用保温砖、板、毯，最内层是氧化铝空心球砖，次内层是轻质硅砖。窑墙内衬总厚度690毫米，其中氧化铝空心球砖和轻质莫莱石砖460毫米，保温层230毫米。烟气自窑底部吸烟孔进入窑车上的支烟道，再由排烟总管收集汇总后经烟囱排到室外。该窑内空间尽管属于易形成温度死区的立方型。但由于高速比例燃烧系统的引入，使得窑内空间温度场中的热气流一直处在快速搅拌之下，很容易实现窑内热气流温度的一致性，一般情况下显示温差在5以内。,烧嘴布置分区图（窑炉断面图）,思考：p58表2.12盐浴有何安全事项？热电偶,热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。它将温度信号转换成电势（mV）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。,铠装热电偶图型,WRTK2-434/8*1000mm铠装固定卡套法兰热电偶WRSK-143/6*1000mmGh3030铠装防爆热电偶WRNK-332/4*1000mmGh2520铠装可动卡套螺纹热电偶,热电偶接点,热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的环境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入仪表或导线的影响。热电偶的接点不仅可以焊接而成，也可以借助均质等温的导体加以连接。,热电偶结构（1）热电极（2）绝缘套管（3）保护套管（4）接线盒,2.5低温的获得,自1877年液化了氧，获得183的低温。随后，氮、氢等气体相继液化成功。1908年液化了氦，获得了269的低温，使所有“永久性”气体都能得到液化。1950年，用绝热去磁化获得0.0114K的低温,当今，以超低温为基础的微型制冷、绝热、低温材料、低温密封以及真空、低温测量等方面的技术和物理过程研究进展很快。,国际制冷学会于1971年对0以下温区进行划分，T120K为冷冻温区，120KT0.3K为低温区,T0.3K为超低温温区。,冷冻温区的主要制冷手段（1）相变制冷：利用氦、氟里昂等介质的相变制冷。这种制冷方式已广泛用于电冰箱、冷藏柜、去湿机、空气温度调节装置以及各种冷库。（2）电制冷：利用半导体材料的珀尔效应，可以取得制冷效果。目前这种制冷方法主要用于医学和生物学领域。例如外科用的降温帽、降温毯、眼科用的白内障摘除器，以及医学、生物学领域广泛使用的冷冻切片机等，温度通常在50以上。,低温温区的主要制冷手段等焓节流、等熵膨胀、低温抽气降温等1853年焦耳(T.P.Jouler）和汤姆孙(W.Thomson)进行了有名的多孔塞实验。当气体通过绝热的多孔塞而降低压力时，获得制冷效果。焦耳汤姆孙实验为等焓节流，利用它可以使空气冷却至80K附近。对于氦气、氢气，通过等熵膨胀后再进行等焓节流，可以成功地获得20.2K的液态氢和4.2K的液态氦。,超低温温区的制冷手段磁制冷、帕末朗丘克制冷、3He-4He稀释制冷等1926年乔克(Giaugue)和德拜(Debye)各自独立地提出某些顺磁盐在液氦温度下借助于强磁场，使电子自旋磁矩的排列从无序变为有序，然后再将顺磁盐绝热，撤去磁场，顺磁盐温度降低，用这种方法能达到的最低温度为0.001K。另外，利用类似的原理对核自旋磁矩进行磁制冷，可以获得更低的温度。帕末朗丘克（Pomeran-Chuk）于1950年提出，3He溶解曲线有一最小值为0.32K。当温度低于这个最小值，进行绝热压缩可以产生制冷效应。目前这种方法达到0.001K附近的温度范围。1951年伦敦(HLondon)提出了3He在4He中稀释可以制冷的新理论，1965年答斯（Das）等首先制成3He4He稀释制冷机。稀释制冷机有连续制冷的能力,低温恒温器,通常由盛装低温液体的杜瓦瓶、感温元件与温度调节机构组成。在实验中常用的低温液体有液氮和液氦等。在常压下液氮和液氦的沸点温度分别是77.3K和4.2K。杜瓦瓶是1892年由杜瓦（