Kako struktura oksida utiče na njena svojstva?

Struktura oksida igra ključnu ulogu u određivanju njegovih svojstava. Kao dobavljač oksida, svjedoci sam iz prve ruke kako atomski i molekularni aranžmani unutar oksida mogu dovesti do širokog spektra karakteristika koji su ključni za različite aplikacije. U ovom blogu ćemo istražiti zamršenu vezu između strukture oksida i njihovih svojstava.

Kristalna struktura i fizička svojstva

Kristalna struktura oksida jedan je od najosnovnijih aspekata koji utječu na njena fizička svojstva. Oksidi mogu postojati u različitim kristalnim sistemima, poput kubičnih, tetragonalnog, ortorhičkog, šesterokutnog i monokliničkog. Svaki kristalni sistem ima jedinstven raspored atoma ili jona, koji zauzvrat utječe na svojstva poput gustoće, tvrdoće i talište.

Na primjer, cink oksid (ZNO)Cink oksidima šesterokutnu strukturu wertožita. Ova se struktura sastoji od bliskog - pakiranog niza kisiknih jona sa cinkovim ionima koji zauzimaju tetraedral međuprostotresne stranice. Šesterokutna simetrija strukture Wurtzite daje ZNNO nekoliko zanimljivih fizičkih svojstava. Ima relativno visoko topljenje od oko 1975 ° C, što je zbog jakih jonskih obveznica između cinka i kiseoničkih jona u kristalnoj rešetki. Čvrstoća ZNO-a je takođe značajna, što ga čini pogodnim za aplikacije u kojima je potreban otpor habanja.

S druge strane, magnezijum oksid (mgo)Magnezijum oksidIma kubičnu stijenu - strukturu soli. U ovoj strukturi, magnezijum ioni i kiseonici su raspoređeni u licu - usredsređene kubne rešetke. Visoka simetrija kubične strukture rezultira vrlo visokom tačkom topljenja od oko 2852 ° C, jedan od najviših među uobičajenim oksidima. Struktura soli - Struktura soli također daje izličnu toplinsku stabilnost, što ga čini idealnim materijalom za vatrostalne aplikacije u visokim - temperaturnim pećima.

Kristalna struktura utječe i na optička svojstva oksida. Na primjer, željezni oksid crveni (Fe₂o₃)Željezno oksid crvenoima kristalnu strukturu kristalne. Ova struktura daje fe₂o₃ svoju karakterističnu crvenu boju. Raspored željeza i kiseoničkih atoma u kristalnoj rešetki omogućava da apsorbira i odražava svjetlost na specifičan način, što rezultira vidljivom crvenom nijansom. Optička svojstva Festo₃ čine ga široko korištenim kao pigment u bojama, plastici i keramici.

Lepljenje i hemijska reaktivnost

Vrsta lijepljenja u oksidu usko je povezana sa svojom kristalnom strukturom i ima značajan utjecaj na njegovu kemijsku reaktivnost. Oksidi mogu imati jonsku, kovalentnu ili kombinaciju obje vrste obveznica.

Jonički oksidi, poput mga, imaju pretežno jonsku vezu između metalne kation i kisikovskog aniona. Snažna elektrostatička atrakcija između iona čini jonskim oksidima relativno stabilnim u normalnim uvjetima. Međutim, oni mogu reagirati sa kiselinama da formiraju soli i vodu. Na primjer, MGO reagira sa hidrokloronom kiselinom (HCL) prema sljedećoj jednadžbi:

Mgo + 2hcl → mgcl₂ + h₂o

Ta se reakcija događa jer kiselina pruža protone (H⁺) koji mogu reagirati s anionima kisika u mgo da bi formirali vodu, dok metalni kationi kombinuju s anionima iz kiseline da bi se formirali sol.

Kovalentni oksidi, poput silicijum dioksida (SIO₂), imaju mrežu kovalentnih obveznica između atoma silikona i kisika. Kovalentna priroda obveznica čini Sio₂ vrlo stabilnom i nereaktivnom u normalnim uvjetima. Ne reagira sa većinom kiselinama, osim hidrofluorske kiseline (HF), što može slomiti veze:

Sio₂ + 4HF → Sif₄ + 2h₂o

Reaktivnost oksida također ovisi o oksidacijskom stanju metala u oksidu. Na primjer, različiti željezni oksidi imaju različite oksidacijske stanja željeza (FE²⁺ u Feo i Fe³⁺ u Fe₂o₃). Feo je lakše oksidiran od Fe₂o₃ jer se ion FE² može lako oksidirati u Fe³⁺. Ova razlika u oksidacijskim stanjima utječe na hemijsku reaktivnost željeznog oksida i njihovih aplikacija.

Porez i elektronička svojstva

Kristalni nedostaci u oksidima mogu imati dubok utjecaj na njihove elektroničke svojstva. Neispravni nedostaci mogu biti usmjereni (poput konkursa, međuprovijalija), linijski nedostaci (dislokacije), ili planarne mane (granice žita).

Pointne nedostatke mogu uvesti dodatne energetske razine unutar pojasevog jaza oksida, što može značajno izmijeniti svoju električnu provodljivost. Na primjer, u nekim metalnim oksidima, slobodna radna mjesta kisika mogu djelovati kao donatori, pružajući dodatne elektrone koji mogu doprinijeti električnom provodu. Ovaj fenomen se koristi u razvoju poluvodičkih metalnih oksida za senzore na plin.

Cink oksid može se upustiti u poluvodiču kontrolom koncentracije slobodnih radnih mjesta za kisik. Kada su slobodna radna mjesta kisika prisutna u ZNo, oni stvaraju besplatne elektrone koji se mogu kretati kroz kristalnu rešetku, povećavajući električnu provodljivost. Ovo nekretnina čini ZNO pogodno za aplikacije u optoelektronskim uređajima, poput svjetla - emitiraju diode (LED) i solarne ćelije.

Granice zrna u polikristalnim oksidima također mogu utjecati na njihove elektroničke svojstva. Granice zrna djeluju kao prepreke kretanju prevoznicima naboja, smanjujući električnu provodljivost. Međutim, oni također mogu poboljšati katalitičku aktivnost oksida pružanjem aktivnijih mjesta za hemijske reakcije.

Nanostruktura i poboljšana svojstva

Nanostrurkture oksida, poput nanočestica, nanowires ili nanošeta, može dovesti do poboljšanih svojstava u odnosu na njihove rasutih kolega. Nanostrukturirani oksidi imaju visoku površinu - za - zapremine, što povećava njihovu reaktivnost i čini ih pogodnijim za aplikacije kao što su kataliza i osjet.

Na primjer, nanostrukturirani nanočestici cink oksid imaju mnogo veću površinu od rasutih zona. Ovo povećano površinsko područje omogućava efikasnije adsorpciju molekula na površini, čineći ih odličnim kandidatima za aplikacije za osjetljivost na plin. Mala veličina nanočestica također im pruža jedinstvena optička i elektronička svojstva, poput kvantnih efekata zatočenih, koji se mogu iskoristiti u optoelektronskim uređajima.

Nanostrukturni željezni oksid crveni mogu se koristiti kao katalizator u različitim hemijskim reakcijama. Omjer visoke površine - do - zapremine nanočestica pruža aktivniju web lokacije za molekule reaktanata na adsorbu i reagirajući, povećavajući brzinu reakcije.

Prijave zasnovane na oksidnim svojstvima

Različita svojstva oksida, određena njihovom strukturom, čine ih pogodnim za širok spektar primjene.

U području materijala nauke, vatrostalni oksidi poput Mga koriste se u oblozi visokotem - temperaturne peći zbog visokih tališta i toplotne stabilnosti. Električni izolatori poput alumina (al₂o₃) koriste se u elektroničkim uređajima kako bi se spriječili protok električne energije u kojem nije željena.

U sektoru zaštite okoliša, metalni oksidi koriste se kao katalizatori za pročišćavanje zraka i vode. Na primjer, titanijum dioksid (TIO₂) je dobro - poznati fotokatalizator koji može degradirati organske zagađivače u prisustvu ultraljubičastog svjetla.

U farmaceutskoj industriji cink oksid koristi se u aktuelnim kreme i mastima zbog svoje antibakterijske i antimalne nalepne svojstva. Njegova bijela boja čini ga pogodnom kao pigment u kozmetici.

Zaključak

Kao dobavljač oksida razumijem važnost strukture - imovinski odnos u oksidima. Kristalna struktura, vezivanje, nedostaci i nanostruktura svi doprinose jedinstvenim svojstvima oksida, koji zauzvrat određuju svoje aplikacije. Pažljivo kontrolirajući strukturu oksida tokom proizvodnog procesa možemo proizvesti materijale prilagođenim svojstvima kako bismo ispunili specifične potrebe naših kupaca.

Ako ste zainteresirani za kupovinu visokog kvaliteta oksida za svoje specifične aplikacije, ohrabrujem vas da nas kontaktirate za daljnje diskusije. Zalažemo se za pružanje najboljih proizvoda i rješenja na osnovu vaših zahtjeva.

Reference

1. Atins, P., & de Paula, J. (2014). Fizička hemija. Oxford University Press.
2. Hosecroft, CE, & Sharpe, AG (2012). Neorganska hemija. Pearson.
3. Cullity, BD, & Stock, SR (2001). Elementi X - Ray difrakcije. Prentice Hall.