ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

VÕ THỊ NGỌC HÀ

TỔNG HỢP CHẤT MÀU GỐM SỨ Mg2-xCoxP2O7
TRÊN NỀN Mg2P2O7

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THEO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

Thừa Thiên Huế, năm 2018


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

VÕ THỊ NGỌC HÀ

TỔNG HỢP CHẤT MÀU GỐM SỨ Mg2-xCoxP2O7
TRÊN NỀN Mg2P2O7

CHUYÊN NGÀNH:HÓA VÔ CƠ
MÃ SỐ: 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THEO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. TRẦN DƯƠNG

Thừa Thiên Huế, năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết
quả nghiên cứu ghi trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử
dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.

Thừa Thiên Huế, tháng 10 năm 2018
Tác giả luận văn

Võ Thị Ngọc Hà

ii


LỜI CẢM ƠN

Những lời đầu tiên trong bản luận văn này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn
sâu sắc đến PGS.TS. TRẦN DƯƠNG, trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế đã
giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ môn Hóa Vô cơ và quý
Thầy Cô trong khoa Hóa trường Đại học Sư phạm Huế đã giúp đỡ nhiệt tình và tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình tôi tiến hành thực nghiệm tại Khoa
Hóa.
Tôi xin cảm ơn sự động viên vật chất và tinh thần của gia đình, bạn bè để tôi
có thể vượt qua mọi thử thách trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Thừa Thiên Huế, tháng 10 năm 2018

Tác giả luận văn

Võ Thị Ngọc Hà

iii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CIE
CIE L*a*b*
L*

Commision Internationale Eclierege
(Tổ chức quốc tế về chiếu sáng)
Hệ tọa độ màu L*a*b*
Biểu diễn độ sáng tối của màu, L* có giá trị nằm trong khoảng 0
÷ 100 (đen ÷ trắng)

a*

a* là biểu diễn màu sắc trên trục: xanh lục (-)  (+) đỏ

b*

b* là biểu diễn màu sắc trên trục: xanh nước biển (-)  (+) vàng

RGB

Red Green Blue

(Hệ tọa độ màu đỏ - xanh lá cây – xanh da trời)

XRD

X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

FWHM

Full Width at Half Maximum (Độ rộng bán phổ)

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tia bị hấp thụ và màu của tia ló trong vùng khả kiến ...............................5
Bảng 1.2. Một số thông số mạng tinh thể thông dụng ...............................................8
Bảng 1.3. Một số chất màu tổng hợp bền nhiệt sử dụng cho gạch ốp lát .................12
Bảng 2.1. Thành phần phối liệu men ........................................................................25
Bảng 3.1. Gía trị FWHM, cường độ pic nhiễu xạ (Linmax) và kích thướchạt tinh thể
(D) ứng với mặt (311) của các mẫu H2, H3 ............................................30
Bảng 3.2. Gía trị FWHM, cường độ pic nhiễu xạ (Linmax) và kích thướchạt tinh thể
(D) ứng với mặt (311) của các mẫu T1, T2, T3 ......................................31
Bảng 3.3. Gía trị FWHM, cường độ pic nhiễu xạ (Linmax) và kích thướchạt tinh thể
(D) ứng với mặt (311) của các mẫu E1, E2, E3 ......................................32
Bảng 3.4. Công thức của các mẫu chất màu .............................................................32
Bảng 3.5. Thành phần phối liệu của các mẫu chất màu Mg2-xCoxP2O7 ....................33
Bảng 3.6. Kết quả đo màu các mẫu men M1, M2 và M5 .........................................37

v



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sơ đồ phản ứng giữa ZnO và Fe2O3 ..........................................................14
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp chất nền Mg2P2O7 ............................................................21
Hình 2.2. Một dạng giản đồ DSC tiêu biểu ...............................................................22
Hình 2.3. Hiện tượng nhiễu xạ tia X trong tinh thể ..................................................23
Hình 2.4. Độ tù của pic nhiễu xạ gây ra do kích thước hạt .......................................23
Hình 2.5. Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE L*a*b* ................................................25
Hình 2.6. Quy trình thử nghiệm màu men ................................................................26
Hình 3.1. Kết tủa thu được sau khi sấy khô ..............................................................27
Hình 3.2. Giản đồ TG-DSC của mẫu phối liệu tiền chất ..........................................28
Hình 3.3. Giản đồ XRD của các mẫu H1, H2, H3 ....................................................29
Hình 3.4. Giản đồ XRD của các mẫu T1, T2, T3 .....................................................30
Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu E1, E2 và E3..................................................31
Hình 3.6. Màu sắc các mẫu M1, M2, M3, M4, M5 sau khi được sấy trong lò điện .34
Hình 3.7. Màu sắc các mẫu M1, M2, M3, M4, M5 sau khi được nung sơ bộ ..........34
Hình 3.8. Màu sắc các mẫu M1, M2, M3, M4, M5 sau khi nung thiêu kết 1100℃, 3h ..34
Hình 3.9. Giản đồ XRD của các mẫu M1÷M5.........................................................35
Hình 3.10. Các mẫu M1, M2, M5 sau khi tráng men ...............................................36

vi


MỤC LỤC
Trang phụ bìa ............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT........................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................ vi
MỤC LỤC ............................................................................................................... vii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................2
3.Đối tượng nghiên cứu...............................................................................................2
4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài .......................................................................3
7.Cấu trúc luận văn .....................................................................................................3
Chương 1. TỔNG QUAN .........................................................................................4
1.1. Khái quát về gốm sứ ............................................................................................4
1.2. Khái quát về chất màu cho gốm sứ ......................................................................4
1.2.1. Màu sắc và bản chất màu sắc của khoáng vật [9,10] ........................................4
1.2.2. Nguyên nhân gây màu của khoáng vật .............................................................5
1.2.2.1. Sự chuyển electron nội ...................................................................................5
1.2.2.2. Sự chuyển electron giữa các nguyên tố trong cùng một tinh thể ...................6
1.2.2.3. Sự chuyển electron do khuyết tật trong mạng lưới tinh thể ...........................6
1.2.3. Một số tiêu chuẩn đánh giá chất lượng màu tổng hợp cho gốm sứ ..................7
1.2.4. Cơ sở hóa lý về tổng hợp chất màu cho gốm sứ ...............................................7
1.2.5. Các nguyên tố gây màu và một số oxit tạo màu phổ biến ................................8
1.2.5.1. Các nguyên tố gây màu ..................................................................................8
1.2.5.2. Một số oxit tạo màu phổ biến.........................................................................8
1.2.6. Phân loại màu theo vị trí trang trí giữa men và màu .......................................10
1.3. Phản ứng giữa các pha rắn .................................................................................13

vii


1.3.1. Phản ứng giữa các pha rắn theo cơ chế khuếch tán Wagner ...........................13

1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa các pha rắn ........................14
1.3.3. Dung dịch rắn thay thế và dung dịch rắn xâm nhập........................................16
1.4. Tình hình tổng hợp chất màu trên nền mạng photphat kim loại ........................17
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................................17
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................17
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................19
2.1. Mục tiêu đề tài ....................................................................................................19
2.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................19
2.2.1. Nghiên cứu tổng hợp chất nền Mg2P2O7 .........................................................19
2.2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình tạo pha .....................19
2.2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến quá trình tạo pha.......................19
2.2.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của lực ép viên đến quá trình tạo pha. ........................19
2.2.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Mg2-xCoxP2O7 trên nền Mg2P2O7 ..................19
2.2.3. Xác định các đặc trưng của sản phẩm chất màu .............................................20
2.2.4. Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu ..........................................................20
2.2.4.1. Thử màu sản phẩm trên men gốm ................................................................20
2.2.4.2. Khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trong men ..............................20
2.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................20
2.3.1. Tổng hợp chất nền Mg2P2O7 ...........................................................................20
2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt (DTG-DSC)......................................................21
2.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................................22
2.3.4. Phương pháp đo màu.......................................................................................24
2.3.5. Phương pháp đánh giá chất lượng bột màu .....................................................25
2.4. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ..............................................................................26
2.4.1. Hóa chất ..........................................................................................................26
2.4.2. Dụng cụ ...........................................................................................................26
2.4.3. Thiết bị ............................................................................................................26
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................27
3.1. Nghiên cứu tổng hợp chất nền Mg2P2O7 ............................................................27
3.1.1. Tổng hợp chất nền Mg2P2O7 ...........................................................................27


viii


3.1.1.1. Khảo sát của nhiệt độ nung đến quá trình tạo pha .......................................28
3.1.1.4. Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu ................................................................30
3.1.1.5. Khảo sát ảnh hưởng lực ép viên ...................................................................31
3.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Mg2-xCoxP2O7 trên nền Mg2P2O7 .....................32
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần phối liệu đến màu sắc sản phẩm ...........32
3.2.2. Thành phần pha của chất màu .........................................................................35
3.2.3. Thử màu trên men gốm ...................................................................................36
3.2.3.1. Thử màu sản phẩm trên men gốm ................................................................36
3.2.3.2. Khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trên men ................................36
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................38
1. Kết luận .................................................................................................................38
2. Kiến nghị ...............................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................39

PHỤ LỤC

ix


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong đời sống xã hội ngày nay, các sản phẩm gốm sứ mỹ nghệ, gốm sứ dân
dụng và gốm sứ công nghiệp không những rất đa dạng và phong phú về mẫu mã,
chủng loại và hình dáng mà còn được trang trí, phủ các loại chất màu khác nhau với
nhiều hoa văn rất tinh tế làm cho giá trị thẩm mĩ của sản phẩm được nâng lên rất
cao. Nghệ thuật trang trí các sản phẩm gốm sứ bằng các chất màu đã và đang được

phổ biến rất rộng rãi và ngày càng được hoàn thiện nâng lên tầm cao mới.Ngành sản
xuất gốm sứ trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh
mẽ, đặc biệt là ngành sản xuất gạch ốp lát ceramic và granite.
Trong những năm gần đây, mức tiêu thụ các sản phẩm gốm sứ đều tăng mạnh,
nguyên nhân là do các sản phẩm đã và đang đáp ứng tốt các yêu cầu khắt khe của
người dùng về mẫu mã, chủng loại và đặc biệt là màu sắc trang trí. Trong lĩnh vực
gốm sứ, chất màu đóng vai trò quan trọng, nó quyết định tính thẩm mỹ của sản
phẩm, làm cho sản phẩm gốm sứ thêm đa dạng. Song chi phí màu cho sản xuất gốm
sứ là khá lớn, chiếm hơn 20% chi phí cho nguyên liệu;do phần lớn lượng men frit
và toàn bộ lượng chất màu để sản xuất gạch ốp lát phải nhập ngoại với giá thành
cao. Điều này làm hạn chế rất lớn vấn đề chủ động nguyên liệu, dẫn đến giá thành
sản phẩm cao, làm giảm khả năng cạnh tranh của các sản phẩm gốm sứ Việt Nam
trên thị trường trong nước cũng như thế giới.
Chất màu được chia thành hai nhóm chính. Khác với chất màu hữu cơ, chất
màu vô cơ có ưu điểm là bền với môi trường, thời tiết, ánh sáng, nhiệt độ... các bột
màu vô cơ chỉ phân tán dưới dạng các hạt rắn, mịn chứ không tan trong môi trường
mà chúng tạo màu, nên tính chất và khả năng ứng dụng phụ thuộc nhiều vào tính
chất và cỡ hạt. Điều quan trọng của những chất màu ổn định nhiệt là sự kết hợp hai
hay nhiều tinh thể oxit kim loại khác nhau. Sự phong phú về màu sắc của chất màu
có thể cung cấp điển hình bởi những kim loại chuyển tiếp 3d (Mn, Fe, Co, Ni, Cu).
Do vậy, sựpha tạp những ion kim loại này vào cấu trúc tinh thể chất nền cho phép
thu được màu chuẩn và tươi sáng.
Những chất liệu dựa trên nền photphat kim loại đang được nghiên cứu dồi dào
bởi vì sự linh hoạt trong cấu trúc và thành phần. Do vậy, chúng được ứng dụng rộng
1


rãi trong nhiều lĩnh vực cụ thể: xúc tác; năng lượng như chất điện môi, vật liệu chịu
nhiệt, cảm biến, hiện tượng phát quang, nam châm, điện hóa học,..; y tế ví dụ như
những chất liệu chế tạo bộ phận nhân tạo trên cơ thể người (canxi photphat),...

Trong đó, ứng dụng điều chế những chất màu vô cơ là cực kì quan trọng và có ý
nghĩa lớn vì photphat bền trong hóa chất với những môi trường dễ phản ứng.Những
chất màu tổng hợp trên nền photphat được đánh giá là ổn định nhiệt, cho hiệu quả
nhuộm màu, lên màu rất tốt trên các sản phẩm gốm sứ.
Những dung dịch rắn của Co và Mg điphotphat với công thức Mg2-xCoxP2O7
đã được phát hiện lần đầu tiên trong việc lựa chọn nhằm giảm tính độc hại của
những chất màu gốm sứ có màu xanh. Với mục tiêu tổng hợp tạo ra được chất màu
đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật, giảm giá thành sản xuất, nhằm tăng khả năng xuất
khẩu gốm sứ hướng ra thị trường thế giới, việc hình thành một ngành công nghiệp
sản xuất chất màu ở Việt Nam là hết sức cần thiết. Để góp một phần vào sự nghiệp
phát triển công nghiệp gốm sứ cho đất nước, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài:
“Tổng hợp chất màu gốm sứ Mg2-xCoxP2O7 trên nền Mg2P2O7”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu đề tài, chúng tôi cần phải tìm các điều kiện thích hợp để
tổng hợp thành công chất màu với công thức có dạng Mg2-xCoxP2O7 trên nền
điphotphat Mg2P2O7 với các đặc tính sau: nhiệt độ nung thấp, sản phẩm đơn pha,
bền màu ở nhiệt độ cao và có cường độ phát màu trong men mạnh.
3.Đối tượng nghiên cứu
Chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra những điều kiện tối ưu nhất để tổng hợp
chất màu đi từ những hóa chất trong phòng thí nghiệm.
Chất màu thu được sẽ được chúng tôi kiểm tra chất lượng thông qua việc kéo
men tại nhà máy Frit Huế, đồng thời khảo sát cường độ màu tại Công ty TNHH
Vitto, Phú Lộc, Thừa Thiên Huế.
4. Phạm vi nghiên cứu
Trong luận văn này, chúng tôi chú trọng khảo sát các điều kiện thích hợp để
tổng hợp chất nền điphotphat Mg2P2O7:
- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ nung, thời gian lưu, lực ép viên
đến độ tinh thể hóa của điphotphat Mg2P2O7.
2



- Khảo sát của việc thay thế đồng hình giữa ion Mg2+ với Co2+ đến màu sắc
sản phẩm, từ đó xác định công thức của hợp chất Mg2-xCoxP2O7. Đồng thời xác định
các đặc trưng của sản phẩm màu như: cường độ màu, thành phần pha và đánh giá
khả năng sử dụng màu trong thực tế.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thay thế đồng hình các ion.
- Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).
- Phương pháp phân tích nhiệt TGA.
- Phương pháp đo màu.
- Phương pháp thử màu lên men.
- Phương pháp đơn biến.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu và tổng hợp chất màu Mg2-xCoxP2O7 trên
nền Mg2P2O7có những ưu điểm vượt trội như: nhiệt độ nung thấp, sản phẩm thu
được đơn pha, bền màu ở nhiệt độ cao, có cường độ phát màu trong men mạnh, hóa
chất nghiên cứu từ phòng thí nghiệm, rẻ tiền, phổ biến, không độc đáp ứng được
việc xây dựng nền công nghệ sản phẩm vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường
và hội nhập. Đây là phương pháp mới đã và đang được các nhà nghiên cứu ở Việt
Nam và trên thế giới quan tâm.
Ý nghĩa thực tiễn: Tạo ra nguồn chất màu mới cho gốm sứ, gạch men để ứng
dụng sản xuất trong công nghiệp nước nhà, thay thế nguồn chất màu nhập ngoại
đang sử dụng hiện nay.
7.Cấu trúc luận văn
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan lý thuyết
Chương 2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Kết quả và thảo luận
Kết luận và kiến nghị


3


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Khái quát về gốm sứ [10,14]
Gốm sứ là từ dùng để chỉ những sản phẩm mà nguyên liệu ban đầu để sản xuất
có thể đi từ cao lanh và đất sét, hoặc có thể có thêm một số nguyên liệu khác như
titanat, ferit... những nguyên liệu này được đem nung kết khối ở nhiệt độ cao.
Nhờ có nhiệt độ cao, các quá trình phản ứng pha rắn và kết khối xảy ra trong phối
liệu tạo nên các sản phẩm có nhiều đặc tính quý như: bền nhiệt, bền hóa, bền quang,
bền điện, cho cường độ cơ học cao (chịu nén ép, mài mòn...). Một số gốm kỹ thuật còn
có nhiều tính chất khác như tính áp điện, tính bán dẫn hoặc có độ cứng cao.
Với các đặc tính quý trên, sản phẩm gốm sứ được dùng rộng rãi khắp trong
các lĩnh vực công nghiệp hiện đại bao gồm kỹ thuật điện, điện tử, truyền tin, truyền
hình, tự động hóa, kỹ thuật điều khiển kể cả ngành du hành vũ trụ. Do đó, ngày nay
nhu cầu sử dụng những vật liệu gốm ngày càng nhiều, chính điều đó đã thúc đẩy
ngành khoa học về vật liệu gốm cũng ngày càng phát triển. Khoa học về vật liệu
gốm sứ trước hết nhằm nghiên cứu thành phần pha của vật liệu, giải thích và làm
sáng tỏ các quá trình biến đổi của chúng. Từ đó xác định điều kiện công nghệ thích
hợp, tạo nên những vật liệu mới có hình dạng xác định, thành phần pha và những
tính chất được dự báo trước. Việc nghiên cứu cấu trúc vi mô của vật liệu đang có xu
hướng tạo nên những vật liệu mới. Quá trình này thúc đẩy những biến đổi về mặt
công nghệ, dẫn tới việc sử dụng nguyên liệu tổng hợp, những thiết bị được điều
khiển nghiêm ngặt bởi các thông số công nghệ.
1.2. Khái quát về chất màu cho gốm sứ
1.2.1. Màu sắc và bản chất màu sắc của khoáng vật[9,10]
Về bản chất, chất màu cho gốm sứ là những khoáng vật tự nhiên hay nhân tạo có
màu, có khả năng bền màu dưới tác động của nhiệt độ cao hay với tác nhân hóa học.
Trong tự nhiên cũng tồn tại nhiều khoáng vật có màu như các oxit hoặc muối

kim loại chuyển tiếp, đất hiếm, các khoáng vật có màu khác (opan, canxit,
augite,...).
Màu sắc mà khoáng vật có được là do chúng có khả năng hấp thụ ánh sáng
một cách có chọn lọc. Nếu khoáng vật hấp thụ toàn bộ ánh sáng trắng chiếu vào thì
4


nó sẽ có màu đen, còn nếu phản xạ tất cả thì nó có màu trắng. Khi nó hấp thụ một
tia sáng nào đó trong chùm ánh sáng trắng thì chùm tia ló sẽ có màu.
Bảng 1.1. Tia bị hấp thụ và màu của tia ló trong vùng khả kiến [13]
Bước sóng của dải
hấp thụ (nm)

Màu của tia hấp thụ Màu tia ló

< 400

Tia tử ngoại

Không màu

400 – 435

Tím

Lục – vàng

435 – 480

Lam


Vàng

480 – 490

Lam –lục nhạt

Cam

490 – 500

Lục – lam nhạt

Đỏ

500 – 560

Lục

Đỏ tía

560 – 580

Lục – vàng

Tím

580 – 595

Vàng


Lam

595 – 605

Cam

Lam –lục nhạt

605 – 750

Đỏ

Lục – lam nhạt

> 750

Tia hồng ngoại

Không màu

1.2.2. Nguyên nhân gây màu của khoáng vật[6,9,10]
Với các khoáng vật, màu sắc mà chúng có được là kết quả của việc hấp thụ
chọn lọc các tia sáng có bước sóng xác định. Điều này được giải thích bởi trạng thái
tồn tại và sự dịch chuyển của electron trong phân tử chất màu. Các quá trình dịch
chuyển electron dẫn đến sự hấp thụ bức xạ điện từ bao gồm: sự chuyển mức năng
lượng của electron bên trong nguyên tử hoặc ion kim loại chuyển tiếp, sự chuyển
electron giữa các nguyên tố trong cùng một cấu trúc tinh thể, sự chuyển electron do
khuyết tật bên trong cấu trúc tinh thể, sự chuyển mức giữa các dải năng lượng.
1.2.2.1. Sự chuyển electron nội

Trong ion nguyên tố gây màu có chứa các electron thuộc phân lớp d và f. Bình
thường các electron này chuyển động trên những orbital có năng lượng xác định
(gọi là trạng thái cơ bản). Nhưng khi có ánh sáng chiếu vào, các electron này sẽ hấp
thụ năng lượng thích hợp (∆E = 25000 ÷ 14000 cm-1) ứng với một tia nào đó trong
chùm sáng chiếu tới để chuyển lên orbital có mức năng lượng cao hơn (gọi là trạng
thái kích thích) làm cho ánh sáng truyền qua có màu.
5


Khoáng vật có màu do sự chuyển mức năng lượng của các electron thuộc phân
lớp 3d thường xảy ra trong các ion kim loại chuyển tiếp như Ti3+, Mn3+, Cr3+, Fe3+,
Fe2+... còn với các nguyên tố họ lantan màu được tạo ra thông qua sự chuyển mức
năng lượng của các electron 4f như khoáng: monazit, xenotim, gadolinit...
1.2.2.2. Sự chuyển electron giữa các nguyên tố trong cùng một tinh thể
Sự chuyển electron xảy ra khi các electron dịch chuyển giữa các ion nằm trong
một tinh thể. Sự dịch chuyển electron có thể xảy ra từ kim loại sang phối tử, từ phối
tử sang kim loại hoặc từ kim loại sang kim loại. Về cơ bản, quá trình này được kích
hoạt bởi các tia cực tím có năng lượng cao, nhưng do các dải hấp thụ có thể xuất
hiện trong vùng khả kiến làm cho ánh sáng truyền qua có màu. Sự chuyển electron
diễn ra thuận lợi khi các nguyên tố nằm cạnh nhau trong cùng một cấu trúc tinh thể
có khả năng tồn tại ở nhiều mức oxi hóa khác nhau như: Fe2+và Fe3+, Mn2+ và Mn3+,
Ti3+ và Ti4+. Sự chuyển electron cũng diễn ra dễ dàng khi có sự mất cân bằng về
điện tích do sự thay thế đồng hình, ví dụ như sự thay thế ion Fe2+ và Mg2+ bởi ion
Al3+ và Fe3+. Các yếu tố này có thể làm cho sự chuyển electron xảy ra nhờ những
năng lượng kích thích nhỏ (ánh sáng kích thích trong vùng khả kiến) và tạo ra màu
trong các khoáng vật.
Một số khoáng vật có màu do sự dịch chuyển electron gồm: augite, biotit,
cordierit, glaucophan và các khoáng amphibol.
1.2.2.3. Sự chuyển electron do khuyết tật trong mạng lưới tinh thể
Về mặt nhiệt động học, sự hình thành khuyết tật ở một mức độ nào đó là thuận

lợi về mặt năng lượng. Trong mạng lưới tinh thể của các khoáng thường chứa các
khuyết tật mạng, chính các khuyết tật này có khả năng hấp thụ ánh sáng tạo ra các
tâm màu. Có hai loại tâm màu phổ biến: tâm F – electron chiếm các lỗ trống, tâm F’
– electron chiếm các hốc mạng.Sự chuyển mức năng lượng liên quan tới việc
chuyển electron ở trong các nút mạng và các hốc trống xuất hiện khá phổ biến trong
tự nhiên.
Một số khoáng vật có màu do khuyết tật trong mạng tinh thể hay gặp là halit,
florit, canxit...
Các khoáng vật tạo màu trong tự nhiên thường có hàm lượng không cao, lẫn
nhiều tạp chất không có lợi cho quá trình tạo màu, thành phần khoáng không ổn
6


định làm cho việc trang trí sản phẩm gốm sứ gặp nhiều khó khăn.Ngày nay, chất
màu cho gốm sứ phải vừa đáp ứng yêu cầu trang trí, vừa phải có thành phần ổn
định, phải chống chịu tốt trước tác động của nhiệt độ cao cũng như các tác nhân hóa
học. Từ những yêu cầu khắc khe đó mà hầu hết các chất màu cho gốm sứ đều phải
được tổng hợp từ con đường nhân tạo.
1.2.3. Một số tiêu chuẩn đánh giá chất lượng màu tổng hợp cho gốm sứ [9,13]
Chất màu cho gốm sứ thường được đánh giá theo các tiêu chuẩn như sau:
Gam màu hay sắc thái màu: là tính đơn màu của màu sắc như xanh, đỏ, tím,
vàng, nâu... nó có thể được xác định dễ dàng bằng trực quan.
Tông màu: là sự biến đổi xung quanh một đơn màu, ví dụ màu xanh gồm xanh
lục, xanh dương, xanh chàm...
Cường độ màu: là khả năng chống chịu của chất màu trước tác động của nhiệt
độ cao, tác nhân hóa học thể hiện trên một hệ gốm sứ nào đó.
Độ bền màu: là khả năng chống chịu của chất màu trước tác động của nhiệt
độ, tác nhân hóa học thể hiện trên một hệ gốm sứ nào đó. Độ bền màu được so sánh
bằng cách nung mẫu ở hai nhiệt độ cách nhau từ 30oC đến 50oC.
Độ phân tán (độ đồng đều): là khả năng phân bố của hạt chất màu trên bề mặt

của sản phẩm gốm sứ. Nó góp phần rất lớn quyết định tính thẩm mỹ của sản
phẩm.Kích thước của hạt màu là yếu tố quan trọng quyết định tính chất này, chất
màu cho gốm sứ thường có kích thước nhỏ hơn 50µm.
1.2.4. Cơ sở hóa lý về tổng hợp chất màu cho gốm sứ [9,13]
Chất màu cho gốm sứ thường là chất màu tổng hợp nhân tạo. Chúng được
tổng hợp dựa trên cơ sở của việc đưa các ion kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm
(ion gây màu) vào mạng lưới tinh thể của một chất làm nền. Việc đưa ion gây màu
vào mạng lưới tinh thể nền được thực hiện bằng phản ứng pha rắn giữa các oxit
hoặc muối.
Ion gây màu trong tinh thể nền ở dạng dung dịch rắn xâm nhập, dung dịch rắn
thay thế hoặc tồn tại ở dạng tạp chất.
Do đó, cấu trúc của chất màu là không hoàn chỉnh, các thông số mạng lưới bị
sai lệch... cấu trúc lớp vỏ điện tử của nguyên tố gây màu bị biến dạng dưới tác động
của trường tinh thể. Sự suy biến năng lượng của một số phân lớp điện tử làm cho
các ion gây màu hấp thụ ánh sáng một cách chọn lọc tạo ra màu sắc.
7


Có nhiều mạng lưới tinh thể dùng làm nền để tổng hợp màu cho gốm sứ như:
spinen, corundum, cordierit, zircon...
Bảng 1.2. Một số thông số mạng tinh thể thông dụng [7]
Tinh thể

Nhiệt độ nóng chảy (oC) Chỉ số khúc xạ

Spinel ZnFe2O4

2135

1,8


Corundum α – Al2O3

2050

2,0

Cordierit 2MgO.2Al2O3.5SiO2 1400

1,5

Zircon ZrSiO4

1750

1,9

Badelit ZrO2

2700

2,2

Sphen CaO.Al2O3.SiO2

1250

1,7

Silimanit Al2O3.SiO2


1750

1,9

1.2.5. Các nguyên tố gây màu và một số oxit tạo màu phổ biến[7,9,11]
1.2.5.1. Các nguyên tố gây màu
Các nguyên tố gây màu trong khoáng vật là các dạng oxi hóa khác nhau của
các nguyên tố kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm có các phân lớp d hoặc f chưa
được điền đầy đủ.
Trong tổng hợp chất màu, các kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm được đưa
vào dưới dạng oxit hoặc muối dễ phân hủy. Sự có mặt của chúng trong mạng lưới
tinh thể nền làm các điện tử ở phân lớp d bị suy biến, các orbital d bị tách mức năng
lượng, làm cho ánh sáng được hấp thụ một cách chọn lọc, khoáng vật có màu.
1.2.5.2. Một số oxit tạo màu phổ biến[5,7,10]
a) Nhôm oxit Al2O3
Nhôm oxit có 3 dạng thù hình chính là α, β và γ-Al2O3. Trong đó α, γ-Al2O3 là
các oxit tinh khiết.
β-Al2O3 thực chất không phải là dạng thù hình của oxit nhôm mà chỉ là kí hiệu
của một nhóm aluminat có hàm lượng oxit nhôm cao. Thành phần nó có thể viết
dưới dạng MO.6Al2O3 hoặc M2O.12Al2O3, ở đây MO là CaO, BaO, SrO...còn M2O
là Na2O, K2O. Tất cả các aluminat đều có mạng lưới tinh thể lục phương, có khả
năng trao đổi các kim loại hóa trị I, II khi chúng đi vào mạng tinh thể. Ở nhiệt độ
thích hợp β-Al2O3 mất oxit kiềm và chuyển thành dạng α-Al2O3. Sự chuyển hóa
diễn ra ở các nhiệt độ khác nhau phụ thuộc vào đặc điểm của oxit kiềm và kiềm thổ.
8


α-Al2O3 là những tinh thể gồm những ion O2- gói ghém chặt khít kiểu lục
phương, trong đó ion Al3+ chiếm 2/3 hốc bát diện. Nó được tạo ra khi nung oxit

nhôm, muối nhôm ở 1000oC hoặc được tạo nên trong phản ứng nhiệt nhôm. Nó tồn
tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng corundum chứa trên 90% oxit. Corundum nóng
chảy ở 2050oC, sôi gần 3500oC. Trong các dạng của oxit nhôm thì độ cứng của αAl2O3 là lớn nhất, bằng 9 theo thang Mohs. Nhờ đó corundum được dùng làm đá mài
và bột mài kim loại. Độ bền nhiệt động và độ bền cơ học của α-Al2O3 được giải thích
là do năng lượng của mạng lưới tinh thể lớn. Năng lượng đó được tạo nên không chỉ
bởi các tương tác tĩnh điện giữa các ion Al3+ và ion O2- mà còn bởi sự đóng góp của
liên kết cộng hóa trị. Với bán kính bé và điện tích lớn, ion Al3+ tương tác tĩnh điện
mạnh với ion O2- làm cho những cặp electron của O2- có thể chiếm những orbital p và
d trống của Al3+. Việc chuyển electron từ O2- đến Al3+ làm giảm tương tác tĩnh điện
nhưng bù lại bằng liên kết cộng hóa trị làm cho α-Al2O3 có độ bền cao.
γ-Al2O3 là những tinh thể lập phương không màu và không tồn tại trong tự
nhiên. Nó được tạo nên khi nung Al(OH)3 ở 550oC, có khả năng hút ẩm mạnh và
hoạt động về mặt hóa học. Ở 1000oC, γ-Al2O3 chuyển hóa thành α-Al2O3, quá trình
chuyển hóa giải phóng năng lượng khoảng 7,8 kcal/mol, đồng thời kèm theo sự co
thể tích khoảng 14,3%. γ-Al2O3 có khả năng hấp thụ và hoạt tính cao hơn so với αAl2O3 do có nhiều khuyết tật trong mạng lưới tinh thể.
b) Crom oxit Cr2O3
Cr2O3 dạng tinh thể có màu đen ánh kim, có cấu trúc lập phương giống αAl2O3. Cation Cr3+ chiếm 2/3 các hốc bát diện. Là hợp chất bền nhất của crom, nóng
chảy ở 2265oC, sôi ở 3207oC. Nó có độ cứng tương đương với α-Al2O3 nên thường
dùng làm bột mài bóng kim loại.
Cr2O3 dạng vô định hình là chất bột màu lục thẫm thường dùng làm bột màu
cho sơn và thuốc vẽ. Màu lục bền ngay cả ở nhiệt độ cao, do vậy từ lâu người ta đã
dùng Cr2O3 kết hợp với SnO2 và CaO để chế tạo chất màu hồng. Màu hồng sẽ
chuyển dịch về màu tía khi có một lượng đáng kể của Bo.
Khi có mặt một lượng lớn trong men, Cr2O3 làm cho nhiệt độ nóng chảy của
men tăng lên rất cao, do đó không thể đưa Cr2O3 vào men quá 3%. Khi hàm lượng
khoảng 1 – 1,5%, Cr2O3 làm cho men có màu xanh lục, nó còn được dùng để chế
tạo thủy tinh màu xanh.
9



c) Coban oxit CoO
CoO là chất bột màu lục thẫm, là chất rắn dạng tinh thể lập phương kiểu NaCl,
CoO nóng chảy ở 1810oC. CoO thường được dùng làm chất xúc tác, bột màu trong
sản xuất thủy tinh và gốm. Màu do hợp chất coban đưa vào thường thể hiện là màu
xanh nhạt đến màu xanh lam tùy theo hàm lượng coban. Các hợp chất này thường
kết hợp với Al2O3 và ZnO tạo thành các hợp chất mang màu, hàm lượng Al2O3 càng
cao thì màu xanh càng nhạt.
Coban kết hợp với Si: Co-Si cho màu xanh, Co-Cr-Si cho màu xanh lá cây...
d) Kẽm oxit ZnO
Bản thân ZnO riêng lẻ không tạo màu, tuy nhiên dưới ảnh hưởng của các chất
màu lại cho màu khác nhau. Chẳng hạn, khi thêm ZnO vào men crom thì màu lục sẽ
giảm dần và chuyển dần sang màu xám bẩn. Thêm ZnO vào men niken sẽ cho các
màu khác nhau. Nung men coban, ZnO có tác dụng làm cho màu trong sáng và mất
ánh tím. Trong men có chứa sắt, khi cho ZnO sẽ có màu nâu đỏ. Đặc biệt trong men
nâu đỏ chứa Cr2O3 thì không thể thiếu ZnO.
1.2.6. Phân loại màu theo vị trí trang trí giữa men và màu[9,10]
Xét theo vị trí tương đối giữa men và lớp màu, có thể phân thành:
Màu trên men: về cơ bản màu trên men là hỗn hợp gồm: chất màu, chất chảy,
chất phụ gia. Màu được phủ lên bề mặt men, khi nung nó chảy lỏng và bám dính lên
bề mặt men hoặc thấm hơi sâu vào trong lớp men. Màu trên men được nung ở nhiệt
độ thấp, khoảng 600 – 850oC. Chất màu ở nhiệt độ này rất phong phú, có tính thẩm
mỹ rất cao nhưng độ bền hóa, bền cơ kém. Chất chảy phải đảm bảo chảy đều, láng,
đẹp và có khả năng bám dính tốt với lớp men nền, vì vậy chúng thường là thủy tinh,
frit dễ chảy hoặc là hợp chất của chì.
Màu dưới men: thành phần cơ bản của màu dưới men cũng giống với màu trên
men. Màu được đưa lên mộc, phủ men lên trên, sau đó đem nung. Nhiệt độ nung
cao hơn so với màu trên men, khoảng 1175 – 1220oC. Tuy nhiên phải đảm bảo bản
chất màu không bị phản ứng tạo màu phụ. Màu dưới men được lớp men trên bảo vệ
nên bền trước các tác nhân hóa học, cơ học.
Màu trong men: là chất màu bền nhiệt được tổng hợp trước rồi đưa trực tiếp

vào men. Sự tạo màu trong men có thể xảy ra bằng cách phân bố các hạt màu vào
10


trong men hoặc chất màu tan lẫn vào trong men nóng chảy. Đối với màu trong men
thì kích thước các hạt chất màu có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ màu, kích thước
hạt càng nhỏ thì cường độ màu và độ đồng đều màu cao.
Sự tạo màu trong men bằng các phân tử màu: Các phân tử màu được tạo bởi
các oxit kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm. Chẳng hạn như các oxit của sắt, coban,
mangan, niken, đồng, vanadi... hòa tan trong men nóng chảy và tạo màu men khá
phong phú cho sản phẩm gốm mỹ nghệ. Màu men trong trường hợp này rất dễ bị
thay đổi màu sắc do tương tác hóa học phức tạp của chính các oxit gây màu với
thành phần của men dưới tác động của nhiệt độ nung, cũng như sự phụ thuộc vào số
phối trí của oxit gây màu tồn tại trong men.
Sự tạo màu trong men bằng các chất màu không tan trong men: Chất
màuđưavào men là những chất màu có cấu trúc bền nhiệt, không bị tan trong men mà
chỉ phân bố để tạo nên màu đục trong men. Các chất màu này có thể là những chất
màu được tổng hợp bền nhiệt hoặc các khoáng thiên nhiên bền có màu và thường
được sử dụng phổ biến cho công nghệ sản xuất gạch ốp lát. Trong trường hợp này
màu men sẽ ổn định hơn và bền hơn với nhiệt độ, các tác nhân hóa học, ánh sáng, khí
quyển.
Để tổng hợp chất màu bền nhiệt người ta thường lựa chọn các phatinh thể nền
bền, phổ biến nhất là các hệ tinh thể: spinel (ZnFe2O4), zircon (ZrSiO4), corundum
(α-Al2O3), mulit (3Al2O3.2SiO2), olivine (Mg,Fe)2SiO4, rutin (TiO2).

11


Bảng 1.3. Một số chất màu tổng hợp bền nhiệt sử dụng cho gạch ốp lát [7]
STT Màu

1

2

Xanh coban

Xanh lá cây

Công thức màu

Dạng cấu trúc

CoO.Al2O3

Spinel

2CoO.SiO2; 2NiO.SiO2

Olivin

3CaO.Cr2O3.3SiO2

Garnet

3(Al,Cr)2O3.2SiO2

Mulit

CoO.(Al.Cr)2O3


Spinel

(Al.Cr)2O3

Corundum

3

Xanh da trời (Zr,V)O2.SiO2

Zircon

4

Vàng

(Zr,Pr)O2.SiO2

Zircon

(Zr,V)O2

Badeleit

FeO.(Fe,Cr)2O3
NiO.Fe2O3
5

Nâu


(Zn,Fe)O. Fe2O3
(Zn,Fe)O.(Fe,Cr)2O3

Spinel

(Zn,Mn)O.(Fe,Cr,Mn)2O3
(Zn,Mn)O.Cr2O3
(Fe, Co)O.Fe2O3
6

Đen

(Fe, Co)O.(Fe,Cr)2O3
(Fe, Mn)O.(Fe,Mn)2O3

Spinel

(Ni, Fe)O.(Cr,Fe)2O3

7

8

Hồng và đỏ

Ghi xám

ZrSiO4.( Fe2O3)x

Zircon


ZnO.(Al,Mn)2O3

Spinel

(Al,Mn)2O3

Corundum

(Al,Cr)2O3

Corundum

(Cr, Cd, Se)O2. SiO2

Zircon

(Co,Ni)O

Periclaz

(Co,Ni)O.ZrSiO4

Zircon

ZnO.Cr2O3

Spinel

9


Tím

(Sn, Co).Cr2O3

Spinel

10

Trắng

ZrO2

Badeleit

12


1.3. Phản ứng giữa các pha rắn [9,11,12]
1.3.1. Phản ứng giữa các pha rắn theo cơ chế khuếch tán Wagner
Với phản ứng xảy ra trong pha lỏng hoặc pha khí, do các phân tử chất phản
ứng rất linh động, khuếch tán dễ dàng vào nhau nên có thể đạt trạng thái cân bằng
trong thời gian ngắn. Trái lại, phản ứng giữa các phân tử trong pha rắn xảy ra hoàn
toàn khác, do các phân tử chất phản ứng nằm định vị tại các nút mạng tinh thể ban
đầu nên phản ứng chỉ xảy ra tại chỗ tiếp xúc giữa hai pha, quá trình khuếch tán diễn
ra chậm chạp, tốc độ phản ứng là rất chậm. Phản ứng diễn ra qua hai giai đoạn: tạo
mầm và phát triển mầm.
Giai đoạn tạo mầm là giai đoạn bắt đầu hình thành lớp sản phẩm phản ứng tại
biên giới tiếp xúc giữa hai pha. Giai đoạn phát triển mầm là giai đoạn lớn dần lên
của mầm tinh thể. Hai quá trình này diễn ra rất phức tạp. Để minh họa ta xét phản

ứng tổng hợp mạng spinel ZnFe2O4.
ZnO + Fe2O3 → ZnFe2O4 (∆G = -36,54kcal/mol-1)

(1.1)

Tinh thể ZnO và ZnFe2O4 đều gồm phân mạng O2- xếp chặt lập phương, còn
Fe2O3 có phân mạng O2- xếp chặt lục phương. Các ion Zn2+ và Fe3+ được phân bố
vào các hốc tứ diện và các hốc bát diện của phân mạng O2- một cách hợp lý.
Về mặt nhiệt động học, ∆G0298K< 0 nên phản ứng có thể tự diễn biến ở nhiệt
độ thường, nhưng về mặt động học thì tốc độ phản ứng rất chậm ở nhiệt độ thường
vì vậy sản phẩm ZnFe2O4 chỉ tạo thành một lớp mỏng ở bề mặt tiếp xúc khi nung
nóng ở 1200oC.
Quá trình tạo mầm: trong quá trình này đòi hỏi phải làm đứt một số liên kết cũ
trong chất phản ứng, hình thành một số liên kết mới trong sản phẩm và phân bố lại ion
ở chỗ tiếp xúc. Do đặc điểm phân mạng spinel giống phân mạng ZnO, sự hình thành
sản phẩm thuận lợi hơn cho ZnO. Trong khi đó phân mạng O2- của Fe2O3 phải sắp xếp
lại một ít cho phù hợp. Cation Zn2+ phải dịch chuyển từ hốc bát diện của ZnO sang hốc
tứ diện của ZnFe2O4 còn Fe3+ đi vào vị trí mới trong tinh thể ZnFe2O4. Tất cả quá trình
diễn ra ở nhiệt độ cao.
Quá trình phát triển mầm: đây là quá trình phát triển lớn dần lên của mầm tinh
thể. Quá trình này đòi hỏi phải có sự khuếch tán ngược dòng của các cation Zn2+ và
Fe3+. Cation Zn2+ khuếch tán từ bề mặt tiếp xúc ZnO/ZnFe2O4 qua lớp sản phẩm để
sang bề mặt tiếp xúc ZnFe2O4/Fe2O3, còn Fe3+ thì khuếch tán theo chiều ngược lại.
13


Để đảm bảo tính trung hòa điện, cứ 2 cation Fe3+ khuếch tán sang trái thì có 3
cation Zn2+ khuếch tán sang phải. Phản ứng diễn ra như sau:
Trên bề mặt biên giới ZnO/ZnFe2O4:
2Fe3+ - 3Zn2+ + 4ZnO → ZnFe2O4


(1.2)

Trên bề mặt biên giới ZnFe2O4/Fe2O3:
3Zn2+ - 2Fe3+ + 4Fe2O3 → 3ZnFe2O4

(1.3)

Phản ứng tổng cộng: 4ZnO + 4Fe2O3 → 4ZnFe2O4

(1.4)

Tạo mầm
sản phẩm

ZnO

Fe2O3

Fe2O3

Zn2+
Phát triển tinh

ZnFe2O4

thể sản phẩm

Fe3+


ZnO
1/4

3/4

Hình 1.1. Sơ đồ phản ứng giữa ZnO và Fe2O3[9]
Cơ chế khuếch tán ngược dòng trên được gọi là cơ chế phát triển mầm
Wagner.Phản ứng diễn ra về phía phải nhanh hơn gấp 3 lần phía trái. Điều này có
thể kiểm chứng bằng thực nghiệm khi quan sát màu sắc các lớp biên giới của phản
ứng giữa ZnO và Fe2O3. Kết quả ferit kẽm (ZnFe2O4) tạo thành lớp sản phẩm phát
triển về phía tiếp xúc với Fe2O3 gấp 3 lần so với tiếp xúc ZnO.
Cơ chế phản ứng pha rắn này là cơ chế phản ứng tổng hợp chất nền spinel
cũng chính là cơ chế tổng hợp chất màu.
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa các pha rắn
Do đặc trưng của phản ứng tổng hợp chất màu là phản ứng pha rắn diễn ra
theo cơ chế khuếch tán ở nhiệt độ cao, nên việc tạo điều kiện cho các phân tử chất
phản ứng tiếp xúc với nhau càng tốt thì hiệu suất phản ứng tổng hợp càng cao. Quá
14


trình tổng hợp chất màu diễn ra rất phức tạp gồm nhiều giai đoạn như phát sinh các
khuyết tật và làm tơi mạng lưới tinh thể, hình thành và phân hủy dung dịch rắn, xây
dựng lại mạng lưới tinh thể nếu có quá trình biến đổi thù hình, khuếch tán các
cation, kết khối và tái kết tinh giữa các chất ban đầu. Tốc độ phản ứng phụ thuộc
vào các yếu tố sau:
+ Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản ứng: đây là yếu tố quan trọng
nhất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Nó ảnh hưởng đến khoảng cách khuếch tán
của các cấu tử phản ứng và vùng tiếp xúc giữa các chất phản ứng nên quyết định tốc
độ phản ứng và khả năng phản ứng đến cùng của hệ. Do đó, trong thực nghiệm, hỗn
hợp các chất ban đầu thường được nghiền mịn và có thể được ép thành khối nhằm

làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản ứng, giúp quá trình phản ứng
xảy ra thuận lợi hơn.
Ngày nay, người ta đã nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp khuếch tán
vào nhau để tăng vận tốc phản ứng và hạ nhiệt độ phản ứng pha rắn. Một số phương
pháp phổ biến như: phương pháp khuếch tán rắn – lỏng, phương pháp đồng kết tủa,
phương pháp tiền chất...
+Đặc điểm cấu trúc của các chất ban đầu: phản ứng giữa các pha rắn được
thực hiện trực tiếp giữa các chất phản ứng ở pha rắn nên cấu trúc của chất tham gia
phản ứng ảnh hưởng quyết định không những đến tốc độ phản ứng mà còn ảnh
hưởng đến cơ chế quá trình phản ứng. Các chất ban đầu có cấu trúc kém bền, hoặc
tinh thể chứa nhiều khuyết tật thì hoạt động hơn và dễ tham gia phản ứng hơn. Ví
dụ: với phản ứng pha rắn giữa các oxit, người ta thường chọn chất ban đầu là các
muối dễ phân hủy cho các oxit ở vùng nhiệt độ phản ứng. Lúc này, các oxit mới
hình thành, có cấu trúc mạng lưới chưa hoàn chỉnh (hoạt động hơn) nên dễ tham gia
phản ứng hơn so với các oxit bền được đưa vào phối liệu ban đầu.
Ngoài ra, phản ứng giữa các pha rắn sẽ xảy ra thuận lợi hơn về mặt năng
lượng khi các chất phản ứng có cùng kiểu cấu trúc với sản phẩm hình thành. Tuy
nhiên, bên cạnh yếu tố giống nhau về cấu trúc, để xảy ra sự định hướng tạo mầm
sản phẩm một cách thuận lợi thì kích thước tế bào mạng lưới cũng như khoảng cách
giữa các nguyên tử phải gần giống nhau.

15