Luận án về cấu trúc và tính chất của silica và sodium silicate

Silica và sodium silicate là hai hợp chất quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Silica tồn tại ở nhiều dạng như lỏng, tinh thể và thủy tinh. Cấu trúc của silica được hình thành qua quá trình làm nguội hoặc nén, dẫn đến sự xuất hiện của nhiều dạng thù hình khác nhau như quartz và stishovite. Nghiên cứu cho thấy rằng silica lỏng chủ yếu bao gồm các đơn vị cấu trúc SiOx (x = 4, 5, 6), với SiO4 là dạng phổ biến nhất ở áp suất thấp. Sự chuyển đổi cấu trúc của silica diễn ra mạnh mẽ khi áp suất thay đổi, trong khi nhiệt độ có ảnh hưởng ít hơn. Sodium silicate cũng có cấu trúc tương tự, nhưng sự hiện diện của sodium làm thay đổi đáng kể tính chất vật lý và hóa học của hệ thống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sodium phân bố không đồng đều và tập trung gần các oxy không cầu (NBO), tạo ra các kênh khuếch tán riêng biệt cho sodium. Điều này mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới về ứng dụng của silica và sodium silicate trong công nghệ chế tạo vật liệu.

Cấu trúc của silica lỏng được xác định thông qua các phương pháp mô phỏng và thực nghiệm. Các nghiên cứu cho thấy rằng silica lỏng có mật độ khoảng 2,2 g/cm3, trong khi mật độ của silica rắn có thể dao động từ 2,2 đến 4,6 g/cm3. Sự thay đổi mật độ này liên quan đến sự chuyển đổi từ trạng thái lỏng sang rắn. Các đơn vị SiO4 trong silica lỏng liên kết với nhau thông qua các oxy chung, tạo thành một mạng lưới phức tạp. Phân bố động học không đồng nhất cũng được xác định, cho thấy sự tồn tại của các vùng có độ dịch chuyển khác nhau trong silica lỏng. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của silica trong các ứng dụng công nghiệp, từ sản xuất vật liệu đến chế tạo thiết bị điện tử.

Nghiên cứu về sodium silicate cho thấy rằng cấu trúc của nó có sự khác biệt rõ rệt so với silica thuần túy. Sodium silicate có thể tồn tại dưới dạng lỏng và rắn, với các đặc tính vật lý và hóa học phụ thuộc vào tỷ lệ giữa sodium và silica. Sự hiện diện của sodium tạo ra các oxy không cầu (NBO), làm thay đổi tính chất điện hóa và cơ học của hệ thống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sodium khuếch tán theo cơ chế nhảy và khuếch tán tập thể, dẫn đến sự hình thành các kênh khuếch tán riêng biệt. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến tính chất vật lý mà còn đến khả năng ứng dụng của sodium silicate trong các lĩnh vực như xây dựng, sản xuất gốm sứ và chất tẩy rửa. Hiểu biết về cơ chế khuếch tán và phân bố động học trong sodium silicate sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Cả silica và sodium silicate đều có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Silica được sử dụng rộng rãi trong sản xuất kính, gốm sứ, và các vật liệu xây dựng. Tính chất cơ học và hóa học của silica làm cho nó trở thành một thành phần quan trọng trong nhiều sản phẩm công nghiệp. Trong khi đó, sodium silicate được ứng dụng trong sản xuất chất tẩy rửa, xi măng và các sản phẩm hóa học khác. Sự hiểu biết về cấu trúc và tính chất của hai hợp chất này không chỉ giúp cải thiện quy trình sản xuất mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và phát triển vật liệu. Việc tối ưu hóa các điều kiện sản xuất dựa trên các thông tin thu được từ nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.