低温合成与分离

1、低温合成技术低温合成技术无机合成化学一、低温的概念与定义一、低温的概念与定义1、低温的定义？、低温的定义？ 1） 低温物理学：低温物理学：150, 123K以下的温度。以下的温度。 2） 低温是：低温是： 低于液氮温度（低于液氮温度（77K）；）； 低于液氦温度（低于液氦温度（4.2K）（超低温）（超低温）3） 制冷技术：制冷技术： 120K以上，普冷；以上，普冷； 1200.3K，深冷（又称低温）；，深冷（又称低温）； 0.3K以下，极低温。以下，极低温。 2 2、材料在低温下会发生什么变化？、材料在低温下会发生什么变化？1 1）机械性能机械性能：低温脆化：低温脆化2 2）热学性质热学性质：

2、固体比热容在某些温度下会突变：固体比热容在某些温度下会突变3 3）电学性质电学性质：金属的导电性明显提高，而半导体的导电性则大大降低：金属的导电性明显提高，而半导体的导电性则大大降低低温超导（高温超导）低温超导（高温超导）4 4）磁学性质磁学性质：在足够低的温度下，原则上所有顺磁物质均可表现出铁磁：在足够低的温度下，原则上所有顺磁物质均可表现出铁磁性或反铁磁性；非金属材料在低温下也能表现出磁性，但在温度超过一定性或反铁磁性；非金属材料在低温下也能表现出磁性，但在温度超过一定限度时就会失去磁性。目前，临界温度最高的非金属磁体在限度时就会失去磁性。目前，临界温度最高的非金属磁体在-230-230左

3、右左右3、为什么要获得低温？、为什么要获得低温？ （1）大量气态、易挥发或对水、氧、热等敏感的无机化合物的合成）大量气态、易挥发或对水、氧、热等敏感的无机化合物的合成及相关反应只能在低温条件下进行。及相关反应只能在低温条件下进行。 （2）利用低温下材料的特性、低温现象。）利用低温下材料的特性、低温现象。 1）低温脆化）低温脆化制药、制药、 液氮低温加工橡胶品液氮低温加工橡胶品 2）低温超导）低温超导磁悬浮列车磁悬浮列车 3）生物冷冻）生物冷冻“冷刀冷刀”、“生物冷冻生物冷冻” （3）气体的液化和分离：通过降温产生物态变化，可以使气体液化、气体的液化和分离：通过降温产生物态变化，可以使气体液化、

4、混合气体分离。混合气体分离。 （4）超低温条件能促进化学反应的进行）超低温条件能促进化学反应的进行二、二、 低温的获得低温的获得、低温的获得途径：、低温的获得途径： 1、相变制冷、相变制冷 2、热电制冷、热电制冷 3、气体绝热膨胀、气体绝热膨胀 4、绝热去磁、绝热去磁请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。 相变制冷 相变过程中，由于物质分子的重新排列和分子热运动速相变过程中，由于物质分子的重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量度的改变，会吸收或放出热量潜热潜热。固固 体体液液 体体气气 体体吸收潜热吸收潜热放出潜热放出潜热吸收潜热吸收潜热放出潜热放出潜热吸收潜热吸收潜热放出潜热放出

5、潜热固体升华制冷固体升华制冷固体熔化制冷固体熔化制冷、低温源、低温源 1 1）水冷浴）水冷浴自来水冷却自来水冷却 室温室温1212，流动的水；，流动的水； 12 12 00，加入冰块，加入冰块冰冰盐体系盐体系（最常用）（最常用）( (固体熔化制冷固体熔化制冷) 适用温度：适用温度：0 0 -25-25盐的种类盐的种类NaClNaClNHNH4 4ClClKClKClZnClZnCl2 2NaNONaNO3 3NHNH4 4NONO3 3盐的克数盐的克数/100g/100g冰冰333325253030515159594545冰点冰点/-21.2-21.2-15.8-15.8-11.1-11.1-

6、62-62-18.53-18.53-17.3-17.31、低温冷浴、低温冷浴干冰干冰( (固体升华制冷固体升华制冷) 原理：干冰的升华温度为原理：干冰的升华温度为-78.3-78.3，干冰的导热性不好，干冰的导热性不好液态空气（液态空气（-193-193186186）( (液体气化制冷液体气化制冷)低沸点液体低沸点液体 溶剂溶剂冷浴温度冷浴温度/溶剂溶剂冷浴温度冷浴温度/四氯化碳四氯化碳-23-23乙醇乙醇-72-72氯乙烷氯乙烷-60-60丙酮丙酮-78-78液体液体液液NHNH3 3SOSO2 2液液O O2 2液液N N2 2沸点沸点/ /-33.4-33.4-10.0-10.0-183

7、.0-183.0-196.0-196.0 2 2 非水冷浴非水冷浴三、三、 低温的测量低温的测量 常用测量温度计常用测量温度计 1、蒸汽压温度计（、蒸汽压温度计（-200600）：）： 液体的蒸汽压随温度变化，通过测量蒸汽压知道液体的蒸汽压随温度变化，通过测量蒸汽压知道其温度。其温度。 2、低温热电偶（、低温热电偶（-2002000） ： 与高温热电偶不同处：与高温热电偶不同处： 1）丝径更细，满足低温下漏热少；）丝径更细，满足低温下漏热少； 2）焊接点要能承受低温，不脱离。）焊接点要能承受低温，不脱离。3 3、低温电阻温度计低温电阻温度计（-258900） 制作电阻温度计时，应选用电阻比较大

8、、性能稳定、制作电阻温度计时，应选用电阻比较大、性能稳定、物理及金属复制性能好的材料，最好选用电阻与温度间具物理及金属复制性能好的材料，最好选用电阻与温度间具有线性关系的材料。常用的有铂电阻温度计、锗电阻温度有线性关系的材料。常用的有铂电阻温度计、锗电阻温度计、碳电阻温度计、铑铁电阻温度计等。计、碳电阻温度计、铑铁电阻温度计等。 4 4、红外辐射温度计、红外辐射温度计（503200） 非接触式，适用浴腐蚀性环境、运动物体的温度测量。非接触式，适用浴腐蚀性环境、运动物体的温度测量。但精确度低，因为低温辐射能量低，而且发射的常常是波但精确度低，因为低温辐射能量低，而且发射的常常是波长较长的红外线长

9、较长的红外线。 例：甲硅烷例：甲硅烷(SiH4)的合成的合成 制备制备SiH4最古的方法是用稀盐酸处理硅化镁，如以最古的方法是用稀盐酸处理硅化镁，如以Si02为起始为起始原料，则反应式为原料，则反应式为: Si02 +MgMg2Si Mg2Si +HCl SiH4 （一（一196 ） 注意：用此方法合成的注意：用此方法合成的SiH4 ，常含有乙硅烷、丙硅烷、丁硅烷以，常含有乙硅烷、丙硅烷、丁硅烷以及其它高纯硅烷，为得到纯及其它高纯硅烷，为得到纯SiH4分须进行分离。分须进行分离。 SiH4用一用一196 (戊烷作冷媒戊烷作冷媒)的捕集器收取。的捕集器收取。（1）半导体材料气体化合物的合成）半导体材料气体化合物的合成四、低温合成实例四、低温合成实例（2 2）低温合成超微粒子）低温合成超微粒子 金属超微粒子的合成，通常采用金属蒸气法，即把反应体系金属超微粒子的合成，通常采用金属蒸气法，即把反应体系(真空罩真空罩)抽成真空，根据金属活泼性的不同选择通入几至几百抽成真空，根据金属活泼性的不同选择通入几至几百torr的的N2、He、Ne、Ar等不活泼性气体。用电阻、高频、电弧等离子体、激光、溅射、电子等不活泼性气体。用电阻、高频、电弧等离子体、激光、溅射、电子束等束等用此方法现已合成用