โครงสร้างของออกไซด์มีบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณสมบัติ ในฐานะซัพพลายเออร์ออกไซด์ฉันได้เห็นโดยตรงว่าการจัดเตรียมอะตอมและโมเลกุลภายในออกไซด์สามารถนำไปสู่ลักษณะที่หลากหลายซึ่งมีความสำคัญต่อการใช้งานต่างๆ ในบล็อกนี้เราจะสำรวจความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างโครงสร้างของออกไซด์และคุณสมบัติของพวกเขา
โครงสร้างผลึกและคุณสมบัติทางกายภาพ
โครงสร้างผลึกของออกไซด์เป็นหนึ่งในแง่มุมพื้นฐานที่สุดที่มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติทางกายภาพของมัน ออกไซด์สามารถมีอยู่ในระบบคริสตัลที่แตกต่างกันเช่นลูกบาศก์, tetragonal, orthorhombic, หกเหลี่ยมและ monoclinic แต่ละระบบคริสตัลมีการจัดเรียงอะตอมหรือไอออนที่ไม่ซ้ำกันซึ่งจะส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติเช่นความหนาแน่นความแข็งและจุดหลอมเหลว
ตัวอย่างเช่นสังกะสีออกไซด์ (ZnO)ซิงค์ออกไซด์มีโครงสร้าง wurtzite หกเหลี่ยม โครงสร้างนี้ประกอบด้วยอาร์เรย์ของไอออนออกซิเจนที่ปิดสนิทด้วยไอออนสังกะสีที่ครอบครองไซต์คั่นระหว่างหน้าอก ความสมมาตรหกเหลี่ยมของโครงสร้าง Wurtzite ให้ ZnO คุณสมบัติทางกายภาพที่น่าสนใจหลายอย่าง มันมีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูงประมาณปี 1975 ° C ซึ่งเกิดจากพันธะไอออนิกที่แข็งแกร่งระหว่างสังกะสีและไอออนออกซิเจนในโครงตาข่ายคริสตัล ความแข็งของ ZnO นั้นน่าทึ่งเช่นกันทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานการสึกหรอ
ในทางกลับกันแมกนีเซียมออกไซด์ (MGO)แมกนีเซียมออกไซด์มีโครงสร้างหินลูกบาศก์ - เกลือ ในโครงสร้างนี้แมกนีเซียมไอออนและไอออนออกซิเจนถูกจัดเรียงในรูปแบบลูกบาศก์กึ่งกลาง ความสมมาตรสูงของโครงสร้างลูกบาศก์ส่งผลให้มีจุดหลอมเหลวสูงมากประมาณ 2852 ° C ซึ่งเป็นหนึ่งในออกไซด์ที่สูงที่สุด โครงสร้างหิน - เกลือยังช่วยให้ MGO มีความเสถียรทางความร้อนที่ยอดเยี่ยมซึ่งทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการใช้งานวัสดุทนไฟในเตาเผาอุณหภูมิสูง
โครงสร้างผลึกยังส่งผลต่อคุณสมบัติทางแสงของออกไซด์ ตัวอย่างเช่นเหล็กออกไซด์สีแดง (Fe₂o₃)เหล็กออกไซด์สีแดงมีโครงสร้างผลึก rhombohedral โครงสร้างนี้ให้สีแดงที่มีลักษณะเฉพาะ การจัดเรียงของอะตอมเหล็กและออกซิเจนในโครงตาข่ายคริสตัลช่วยให้สามารถดูดซับและสะท้อนแสงในลักษณะที่เฉพาะเจาะจงส่งผลให้เกิดสีแดงที่มองเห็นได้ คุณสมบัติทางแสงของFe₂o₃ทำให้มันใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเม็ดสีในสีพลาสติกและเซรามิก
พันธะและปฏิกิริยาทางเคมี
ประเภทของพันธะในออกไซด์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างผลึกและมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเกิดปฏิกิริยาทางเคมี ออกไซด์สามารถมีไอออนิกโควาเลนต์หรือการรวมกันของพันธะทั้งสองประเภท
ไอออนิกออกไซด์เช่น MGO มีพันธะไอออนิกส่วนใหญ่ระหว่างไอออนบวกของโลหะและประจุลบออกซิเจน แรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่งระหว่างไอออนทำให้ไอออนิกออกไซด์ค่อนข้างเสถียรภายใต้สภาวะปกติ อย่างไรก็ตามพวกเขาสามารถทำปฏิกิริยากับกรดเพื่อสร้างเกลือและน้ำ ตัวอย่างเช่น MGO ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ตามสมการต่อไปนี้:
MGO + 2HCl →Mgcl₂ + H₂o
ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเนื่องจากกรดให้โปรตอน (H⁺) ที่สามารถทำปฏิกิริยากับแอนไอออนออกซิเจนใน MGO เพื่อสร้างน้ำในขณะที่ประจุบวกของโลหะรวมกับแอนไอออนจากกรดเพื่อสร้างเกลือ
โควาเลนต์ออกไซด์เช่นซิลิกอนไดออกไซด์ (SIO₂) มีเครือข่ายพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมซิลิกอนและออกซิเจน ลักษณะโควาเลนต์ของพันธบัตรทำให้Sio₂มีความเสถียรและไม่มีปฏิกิริยาภายใต้สภาวะปกติ มันไม่ได้ทำปฏิกิริยากับกรดส่วนใหญ่ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) ซึ่งสามารถทำลายพันธะ Si - O:
sio₂+ 4hf →sif₄+ 2h₂o
ปฏิกิริยาของออกไซด์ยังขึ้นอยู่กับสถานะออกซิเดชันของโลหะในออกไซด์ ตัวอย่างเช่นเหล็กออกไซด์ที่แตกต่างกันมีสถานะออกซิเดชันของเหล็กที่แตกต่างกัน (fe²⁺ใน Feo และFe³⁺ในFe₂o₃) FEO ถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายกว่าFe₂o₃เนื่องจากfe²⁺ ion สามารถออกซิไดซ์ได้อย่างง่ายดายถึงFe³⁺ ความแตกต่างของสถานะออกซิเดชันนี้มีผลต่อปฏิกิริยาทางเคมีของเหล็กออกไซด์และการใช้งาน
ข้อบกพร่องและคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์
ข้อบกพร่องของคริสตัลในออกไซด์อาจมีผลอย่างลึกซึ้งต่อคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ ข้อบกพร่องอาจเป็นข้อบกพร่องของจุด (เช่นตำแหน่งงานว่าง, คั่นระหว่างหน้า), ข้อบกพร่องของเส้น (การเคลื่อนที่) หรือข้อบกพร่องของระนาบ (ขอบเขตของเมล็ด)
ข้อบกพร่องของจุดสามารถแนะนำระดับพลังงานเพิ่มเติมภายในช่องว่างของแถบของออกไซด์ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงค่าไฟฟ้าได้อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นในออกไซด์โลหะบางส่วนตำแหน่งว่างออกซิเจนสามารถทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคโดยให้อิเล็กตรอนพิเศษที่สามารถนำไปสู่การนำไฟฟ้า ปรากฏการณ์นี้ใช้ในการพัฒนาออกไซด์โลหะเซมิคอนดักเตอร์สำหรับเซ็นเซอร์ก๊าซ
สังกะสีออกไซด์สามารถทำให้เป็นเซมิคอนดักเตอร์โดยการควบคุมความเข้มข้นของตำแหน่งงานว่างออกซิเจน เมื่อมีตำแหน่งว่างออกซิเจนใน ZnO พวกเขาจะสร้างอิเล็กตรอนฟรีที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านโครงตาข่ายคริสตัลเพิ่มค่าไฟฟ้า คุณสมบัตินี้ทำให้ ZnO เหมาะสำหรับการใช้งานในอุปกรณ์ optoelectronic เช่นแสง - เปล่งไดโอด (LED) และเซลล์แสงอาทิตย์
ขอบเขตของเม็ดในโพลีคริสตัลลีนออกไซด์ยังสามารถส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของพวกเขา ขอบเขตของเมล็ดข้าวทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการเคลื่อนไหวของผู้ให้บริการประจุลดค่าการนำไฟฟ้า อย่างไรก็ตามพวกเขายังสามารถเพิ่มกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของออกไซด์โดยการจัดหาไซต์ที่ใช้งานมากขึ้นสำหรับปฏิกิริยาทางเคมี
โครงสร้างนาโนและคุณสมบัติที่เพิ่มขึ้น
โครงสร้างนาโนของออกไซด์เช่นอนุภาคนาโน, นาโนหรือนาโนสามารถนำไปสู่คุณสมบัติที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับคู่ของพวกเขา ออกไซด์ที่มีโครงสร้างนาโนมีอัตราส่วนพื้นผิวสูงถึง - อัตราส่วนปริมาตรซึ่งเพิ่มปฏิกิริยาของพวกเขาและทำให้พวกเขาเหมาะสมกว่าสำหรับการใช้งานเช่นการเร่งปฏิกิริยาและการตรวจจับ
ตัวอย่างเช่นอนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์ที่มีโครงสร้างนาโนมีพื้นที่ผิวที่สูงกว่า ZnO จำนวนมาก พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยให้การดูดซับโมเลกุลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นบนพื้นผิวทำให้พวกเขาเป็นผู้สมัครที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานการตรวจจับก๊าซ อนุภาคนาโนขนาดเล็กยังให้คุณสมบัติทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์เช่นเอฟเฟกต์การกักเก็บควอนตัมซึ่งสามารถใช้ประโยชน์ได้ในอุปกรณ์ออพโตอิเล็กทรอนิกส์
เหล็กออกไซด์ออกไซด์โครงสร้างนาโนสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาทางเคมีต่างๆ อัตราส่วนพื้นผิวสูง - ต่อ - ปริมาตรของอนุภาคนาโนให้ไซต์ที่ใช้งานมากขึ้นสำหรับโมเลกุลของสารตั้งต้นต่อการดูดซับและปฏิกิริยาเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา
การใช้งานตามคุณสมบัติออกไซด์
คุณสมบัติที่หลากหลายของออกไซด์ที่กำหนดโดยโครงสร้างทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย
ในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุออกไซด์วัสดุทนไฟเช่น MGO ถูกนำมาใช้ในซับในเตาเผาอุณหภูมิสูงเนื่องจากจุดหลอมเหลวสูงและความเสถียรทางความร้อน ฉนวนไฟฟ้าเช่นอลูมินา (Al₂o₃) ถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ไม่ต้องการ
ในภาคสิ่งแวดล้อมจะใช้ออกไซด์ของโลหะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการทำให้บริสุทธิ์ของอากาศและน้ำ ตัวอย่างเช่นไทเทเนียมไดออกไซด์ (TIO₂) เป็นโฟโตคะทาลิสต์ที่รู้จักกันดีซึ่งสามารถย่อยสลายมลพิษอินทรีย์ในที่ที่มีแสงอัลตราไวโอเลต
ในอุตสาหกรรมยาซิงค์ออกไซด์ถูกใช้ในครีมทาเฉพาะและครีมเนื่องจากคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียและต้านการอักเสบ สีขาวของมันยังทำให้เหมาะกับเม็ดสีในเครื่องสำอาง
บทสรุป
ในฐานะซัพพลายเออร์ออกไซด์ฉันเข้าใจถึงความสำคัญของโครงสร้าง - ความสัมพันธ์ของทรัพย์สินในออกไซด์ โครงสร้างผลึกพันธะข้อบกพร่องและโครงสร้างนาโนล้วนมีส่วนทำให้คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของออกไซด์ซึ่งจะกำหนดแอปพลิเคชันของพวกเขา โดยการควบคุมโครงสร้างของออกไซด์อย่างระมัดระวังในระหว่างกระบวนการผลิตเราสามารถผลิตวัสดุที่มีคุณสมบัติที่ปรับแต่งเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของลูกค้าของเรา
หากคุณมีความสนใจในการซื้อออกไซด์คุณภาพสูงสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะของคุณฉันขอแนะนำให้คุณติดต่อเราสำหรับการอภิปรายเพิ่มเติม เรามุ่งมั่นที่จะให้ผลิตภัณฑ์และโซลูชั่นที่ดีที่สุดตามความต้องการของคุณ
การอ้างอิง
- Atkins, P. , & de Paula, J. (2014) เคมีกายภาพ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด
- Housecroft, CE, & Sharpe, AG (2012) เคมีอนินทรีย์. เพียร์สัน
- Cullity, Bd, & Stock, Sr (2001) องค์ประกอบของการเลี้ยวเบนของ X - Ray Prentice Hall
