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：(ⅰ) 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；(ⅱ)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；(ⅲ)对于Δ_rG_m^Θ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；(ⅳ) 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。

Route map for 100% completion of solid-state reactions