使固态化学反应100%完成的方法

无溶液形成的固态化学反应具有“一旦发生,就必完全”的特质,但因为固体的非流动性,它常常会因严重的传质困难而有始无终。为了克服这个困难,作者提出了少溶剂固态化学反应(LSR)的概念,即通过使用少量的溶剂赋予固体流动性,使反应物固体部分溶解,再使用搅拌反应器解决其“三传”问题,使之完全反应,从而达到使一些化学工业过程绿色化的目的。本文用平衡热力学数值计算的方法图解了几种代表性LSR的Gibbs自由能随反应进度的关系,进而指出:LSR的中间阶段如同没有溶液形成的固态化学反应,两端像溶液化学反应,因此,LSR虽继承了混合自由能导致的化学平衡,但其平衡点比溶液化学反应更接近100%完全。特别地,在LSR即将结束时,通过逐步移除溶剂以使反应物和产物固体持续存在而延长中段,能推动反应达到100%完全;对于连串反应,LSR仍有可能通过控制反应物的物质的量之比来获得中间产物;对于Δ_rG_m~?略小于零的反应,可以通过使用较多的溶剂跨越可能的早期平衡态,或者使用大量的产物固体“种子”使所有的产物一直与其饱和溶液平衡,最终通过逐渐蒸发溶剂推动反应进行到底;LSR的反应速度与反应物或产物的溶解度关系不大,但与反应物的溶解速度、化学反应速度和产物的结晶速度紧密相关。本文还讨论了使一些竞争反应、非自发反应进行到底的方法,获得高度的反应控制能力。

氯化铜的少溶剂固态连串配位化学反应

在少量水的存在下,由于NH_(4)[CuCl_(3)]对水不稳定,CuCl_(2)·2H_(2)O与氯化铵的配位化学反应只能得到1∶2产物(NH_(4))_(2)[CuCl_(4)(H_(2)O)_(2)];但在无水乙醇中,无水CuCl_(2)与氯化铵按1∶1或1∶2的物质的量之比混合时,能相应地得到NH4[CuCl_(3)]或(NH_(4))_(2)[CuCl_(4)]。CuCl_(2)·2H_(2)O与2,2′-联吡啶(bipy)的少溶剂固态化学反应仍能像固态化学反应一样,根据反应物的配比生成相应的唯一产物,但在物质的量之比为1∶1的反应中发现1∶2产物曾经形成。热力学分析说明,如果连串反应的后一步的ΔrG大于前一步的,则上述反应现象是可能的。