第六章 非金属元素与无机非金属材料

第六章,无机非金属材料,背景音乐：青花瓷,周期系中的非金属元素,2原子的性质;,1外层电子构型;,如下内容请自行归纳：,3氧化数；,4晶体类型：,5物理性质;,6化学性质;,7含氧酸盐。,在非金属元素的重要化合物中重点,卤化物,1卤化物的晶体类型及熔沸点,讨论：卤化物和氧化物及其水合物。,卤化物的熔点：,这种情况在第四章离子极化理论曾予以,卤化物卤素与比卤素电负性小的元素,组成的二元化合物。,说明过。,非金属氯化物（分子型），熔点低，稳,过渡状态的氯化物，如AlCl3、SiCl4，,活泼金属氯化物（离子型）其熔、沸点,如NaCl、KCl、BaCl2可作盐浴剂。,高，稳定性好，不易热分解。,异的气体绝缘材料。,定性好。如SF6，不易燃、耐高压，是优,面处理时渗铝、渗硅。,则熔点不很高且易挥发分解。可用来在表,卤化物的水解：,A、A族氯化物一般不水解；,其他金属氯化物不同程度水解：,SnCl2+H2OSn(OH)Cl(s)+HCl,SbCl3+H2OSbOCl(s)+2HCl,BiCl3+H2OBiOCl(s)+2HCl,大多非金属氯化物可完全水解:,BCl3+3H2OH3BO3+3HCl,PCl5+4H2OH3PO4+5HCl,SiCl4+3H2OH2SiO3+4HCl,氧化物氧与电负性比氧小的元素组成,氧化物又有：正常氧化物，如：NaO过氧化物，如：Na2O2超氧化物，如：KO2,此处讨论正常氧化物。,氧化物,的二元化合物。,Mn+极化力依次增强晶型离子晶体过渡分子晶体熔点高低,例NaOMgOAl2O3CO2SO3,高价态极化力强,低价态极化力弱,NaMgAlSiPSCl,氧化物的晶型、熔点、硬度,Cr2O3Mn2O3,CrO3MnO2,BCN,2氧化物及其水合物的酸碱性,ROH,碱式解离,ROHRn+OH-,酸式解离,ROH模型,ROH由Rn+、O2-、H+离子组成；ROH中RO，OH皆为离子键；,ROH的解离方式决定于R-O键的相对强,弱，即决定于Rn+的极化力。,ROHH+ROn-,同周期：Na+Mg2+Al3+Si4+P5+S6+Cl7+Rn+电荷依次增大R-O结合力依次增强RO对H+斥力依次增大ROH的酸性依次增强,同族：,上下,n+同,r(+)大,Rn+极化力弱,R-O键弱,酸性弱,用ROH模型说明氢氧化物酸、碱性：,热分解,如:2HgO2Hg+O2可用fH判断；,大多数氧化物稳定,不分解。少数不活泼金属氧化物受热会分解：2Ag2O4Ag+O2卤素氧化物最不稳定，低温即分解,3氧化物的稳定性,置换，如:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe可用G-T图判断。,材料,无机材料,有机材料,复合材料,材料的分类：,我们在这里讨论新型无机非金属材料,新型无机非金属材料,1超导现象及临界条件,1911年发现，Hg在4.2K附近,电阻突然,向超导态转变的温度叫超导临界温度Tc。,超导态时，磁感应强度也为零，即具有,消失。金属的这种特殊状态称超导态。,被破坏。Hc叫临界磁场；,完全的抗磁性。当磁场超过Hc时,超导态,超导材料,通过超导体的电流超过Ic后，超导态也,TTc，HHc，IIc超导态都被破坏称,2超导材料,目前已发现30种单质，8000种金属、合,但是，超导材料的临界温度都很低，难,被破坏。Ic叫临界电流。,超导体的三大邻界条件。,金、化合物具有超导性。,要课题。,于实际应用。寻找高温超导是该领域的首,1987年赵宗贤等发现，,YBa2Cu3O7-x(Tc=90K),1993年中-瑞合作发现，,Hg-Ba-Cu-O(Tc=133.5K),磁悬浮列车,磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导,上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”。,磁悬浮列车利用“同性相斥，异性相吸”,浮列车分为超导型和常导型两大类。,向和驱动系统组成的新型交通工具，磁悬,道约1厘米处，腾空行驶。,力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨,的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能,磁悬浮列车车厢上装有超导磁铁，铁路,磁悬浮列车是怎样运行的？,“同性相斥”。,与车厢的电磁体极性总保持相同，两者,体。通电后，地面线圈产生的磁场极性,底部安装线圈，交流电使线圈变为电磁,在线圈里流动的交流电流向反过来时。,了，两者“异性相吸”了。,其结果就是原来的S极线圈变为N极线圈,超导磁体和轨道都,在列车的下部。,结果是前面“拉”，后面“推”，使列车,列车行驶时，车头的磁铁（N极）被轨,前进。,所排斥。,同时被轨道上稍后一点的电磁体（N极）,道上靠前一点的电磁体（S极）所吸引，,列车被由它携带的超导磁体和导轨上的,电力传送带之间的吸力和斥力推向前进。,堪称“神行太保”！,磁悬浮列车时速能达到435公里/小时,与普通列车相比更快、平稳、无噪音。,光导材料,就是通常说的光导纤维。,从照片可以看出：光线只从“线内”走，,一直走到头。“玻璃丝”并不透光。,皮料低折射率的玻璃；,1光纤的组成：,芯料高折射率，高透光度，不析晶的,吸收料,多组分玻璃光纤；复合材料光纤；,2光纤材料分：,石英光纤（高纯度或掺杂）。,玻璃；,光在芯料和皮料界面上全反射，入射光,3.通信原理：,状传播。,封闭在芯料内，经过无数次全反射，锯齿,激光材料,光源亮度高；,方向性极强;,单色性极好。,1激光的特点:,白炽灯泡产生的白光是不同波长、不同颜色的光合成的，向各方向放射。激光是单一颜色（单一波长）光形成的，向一个方向发射，波峰和波谷都一致,2激光的产生:,通常,物质的粒子大多处于,若人为地使多数粒子处于激,自发辐射；,跃迁)和光（辐射跃迁）,粒子跃迁回基态放出热(非辐射,基态,极少处于激发态。激发态,子数反转的物质称工作物质。,发态粒子数反转。造成粒,此时，以一光子入射此工作物质。,的光子受激发射。,的光和与入射光子一致,立刻发射和它相同波长,激”。它能使受激原子,完全同色（同一波长的）的光子所“刺,受激原子能被严格与此原子自然发射时,新光加现有的光，两个光子继续激发其它,光柱。,之能够通过细小透明镜子。发出的激光形成,气管加速。激光的强度、方向性、单色性使,激光。,这种雪球似的放大现象，产生连贯的光束：,受激原子，把它们的能量放出，又重复下去。,在气体激光器里，光子被有反射镜面的充,这是世界上最大的激光器，可以用来熔化很小的样品。,科学家在地面站把激光送给轨道上的一颗人造,激光测距(SLR),的距离。,站和人造卫星之间,够精确的确定地面,的测量使科学家能,需时间。往返时间,星到地面站往返所,家记录光从人造卫,卫星，人造卫星再把光线反射回地面站，科学,半导体材料,空间技术、现代电子技术、新能源技术、,半导体材料是只能在一定条件下才导电,按金属键的能带理,红外技术都离不开半导体材料的应用。,导体也不同于绝缘体。,的材料。因此它不同于,电子易激发的材料。,论，半导体是禁带窄、,以金属钠为例：,Na的外层电子构型3s1:,按分子轨道理论，两个钠原子在一起可,以形成两个“分子轨道”。但是电子分布,如果是四个钠原子，则是：,应符合洪特规则：,金属晶体中，原子紧密堆积，原子数目,如，Na的3s1形成3s能带：,子轨道间能量差很小,形成了能带。,很大，可以组合成很多分子轨道。这些分,81632n,空带满带,在满带和导带之间还有禁带，其宽、窄,导体半导体绝缘体,导体、半导体、绝缘体的区别就在于,半导体禁带宽度9.6290kJmol-1,视材料而不同。,它们的禁带宽度。,在半导体中，若满带中一个电子被激发,则，导带中有一个负电荷（电子），满带中有一个正电荷（空穴）。,满带,到导带：,导带,在电场中：电子正极；空穴负极,在杂质半导体中又,自由电子,正电空穴,的电导之和。,其电导是电子和空穴,这就是半导体导电。,和受主杂质。,所掺杂质分施主杂质,有n-型和p-型半导体。,p-n结：p型半导体和n型半导体接触，以,号起放大作用；,接触电势差对交流电起整流作用，对信,在p-n结中，半导体受光照，电子进入,这