硅酸盐材料(精品课件)

1、 目录目录硅酸盐的定义、分布及表示方法硅酸盐的定义、分布及表示方法硅酸盐的结构硅酸盐的结构硅酸盐产品硅酸盐产品 定义：硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称。分布：它在地壳中分布极广，是构成多数岩石（如花岗岩）和土壤的主要成分。自然界存在的各种天然硅酸盐矿物约占地壳质量的90%以上。花岗岩猫头鹰 墨绿色花岗岩硅酸盐的定义及分布硅酸盐的定义及分布硅酸钠（硅酸钠（na2sio3）na2sio3的水溶液俗称的水溶液俗称“水玻璃水玻璃”，常，常用作粘合剂。用作粘合剂。 硅酸盐的成分大多比较复杂，通常写成氧化物的形式。 氧化物的顺序：活泼金属氧化物较活泼

2、金属氧化物二氧化硅水 氧化物前系数的确定：除氧元素外，其他的元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。几种天然硅酸盐的化学式如下：几种天然硅酸盐的化学式如下：高岭土高岭土 al2o3 al2o32sio22sio22h2o2h2o白云母白云母 k2o3al2o36sio2 k2o3al2o36sio2石棉石棉 cao3mgo4sio2 cao3mgo4sio2正长石正长石 k2oal2o36sio2 k2oal2o36sio2硅酸盐的溶解性 在硅酸盐中，仅碱金属盐能溶于水。将na2co3与sio2共熔可制得硅酸钠，其透明的浆状溶液称作“水玻璃”，俗称“泡花碱”。 与硅酸是多种多种多硅酸的混合物相

3、似，硅酸钠也是多种多硅酸钠的混合物。因而在水玻璃中na2co3和sio2的物质的量不是固定的，它可在一定范围内变动。工业上把水玻璃中sio2和na2o的摩尔比称作水玻璃的“模数”。水玻璃是纺织，造纸，制皂，铸造等行业。 除碱金属硅酸盐外，其他的硅酸盐均不溶于水。a.a.结构中结构中 sisi4+4+间没有直接的键间没有直接的键, ,它们是通过它们是通过o o2-2-连接起来的连接起来的; ;b.b.结构是以硅氧四面体为结构结构是以硅氧四面体为结构基础；基础；c.c.每一个每一个o o2-2-只能连接只能连接2 2个硅氧四个硅氧四面体面体; ;d.d.硅氧四面体只能共顶连接，硅氧四面体只能共顶连

4、接，而不能共棱和共面连接。而不能共棱和共面连接。单聚硅酸根 单个的硅氧四面体，其中si：o=1:4。例如自然界中存在的橄榄石mgmg2 2siosio4 4就是这种正硅酸盐。sioooo正硅酸根正硅酸根 sio44橄榄石是镁橄榄石（mg2sio4）和铁橄榄石（fe2sio4）系列的中品种。二聚硅酸根 两个硅氧四面体通过共用一个两个硅氧四面体通过共用一个氧原子氧原子连连结起来，结起来，其中其中sisi：o=2:7o=2:7（1:3.51:3.5）。）。例如自然界中的钪硅石例如自然界中的钪硅石scsc2 2sisi2 2o o7 7，异极矿异极矿znzn4 4sisi2 2o o7 7(oh)(o

5、h)2 2hh2 2o o焦硅酸根焦硅酸根 si2o76 链聚硅酸根 常见有单链和双链两种，具有纤维状结构常见有单链和双链两种，具有纤维状结构 单链由硅氧四面体连结成无限长的链，相邻两个硅氧四面体共用单链由硅氧四面体连结成无限长的链，相邻两个硅氧四面体共用 1 个个氧原子。在无限长的链聚硅酸根中氧原子。在无限长的链聚硅酸根中sisi：o=1:3o=1:3。通式为。通式为sino3n+1,sino3n+1,带带2n+22n+2个负电荷。个负电荷。 si n o 3n + 1 ( 2n + 2 ) 双链犹如两个单链相互联结而成。其双链犹如两个单链相互联结而成。其中中sisi：o=4:11.o=4:

6、11. 阴离子硅酸根链之间分布着带正电的金阴离子硅酸根链之间分布着带正电的金属离子，靠静电引力使链结合在一起。属离子，靠静电引力使链结合在一起。蓝石棉蓝石棉 温石棉温石棉片状聚硅酸根 每一个硅氧四面体通过共用 3 个氧原子分别与邻近 3 个硅氧四面体连结，形成片层状结构，片层之间靠金属离子的静电引力结合在一起，如云母。云母 kmg3(oh)2si3alo10 网络状聚硅酸根：硅氧四面休间通过共用 4 个氧原子而组成各种三维网络结构。如果在某个硅氧四面体中有铝原子代替了硅原子，形成的铝硅酸根网络骨架中就带了负电荷，因此在骨架的空隙中必须有平衡骨架负电荷的阳离子存在。如用作催化剂或催化剂载体的沸石

7、分子筛。分子筛合成铝硅酸盐 自然界中存在的某些硅酸盐和铝硅酸盐具有笼形三维结构，可以有选择地吸附一定大小的分子，这种作用叫做分子筛作用。通常把这样的天然硅酸盐和硅铝酸盐叫做沸石分子筛称为沸石分子筛。例如八面沸石、丝光沸石等。 分子筛具有筛分不同大小分子的功能。与普通筛子不同，普通筛子是小于孔径的物资可以通过筛子，大于筛孔的物质筛不过去。分子筛却相反，小于分子筛筛孔的分子进入分子筛后易被吸附于孔穴中，大于分子筛孔径的分子则难以进入孔穴中而从分子筛小晶粒空隙之间通过。 优点优点：分子筛是一种新型的高效能、高选择性、机械强度大、热稳定性好、成本低廉的吸附剂、干燥剂、分离剂和催化剂，在化工、冶金、石油

8、、电子、医药等工业中得到广泛的应用。分子筛的选择性远远高于活性炭等吸附剂。丝光沸石丝光沸石 玻璃玻璃无机非金属材料无机非金属材料传统无机非金属传统无机非金属（硅酸盐材料）（硅酸盐材料）陶瓷陶瓷水泥水泥t非传统无机非金属非传统无机非金属（高温结构陶瓷、生物陶瓷、（高温结构陶瓷、生物陶瓷、光导纤维光导纤维 等）一、玻璃一、玻璃纯碱纯碱( (na2co3) )、石灰石、石灰石( (caco3) )和石英和石英( (sio2) ) 2、反应原理：反应原理： 复杂的复杂的物理、化学物理、化学变化，主要反应：变化，主要反应：na2co3+sio2= na2sio3+co2 高温高温 caco3+sio2=

9、 casio3+co2 高温高温3、主要成分：主要成分：1、原料原料：硅酸钠硅酸钠(na2sio3)、硅酸钙、硅酸钙(casio3)、二氧化硅、二氧化硅(sio2)玻璃为什么可以被人工吹制成形状不同的玻璃为什么可以被人工吹制成形状不同的制品？制品？玻璃没有一定的玻璃没有一定的熔点熔点，而是在某个，而是在某个范围内范围内逐渐软化逐渐软化，在软化状态时，在软化状态时，可以被吹成任何形状的制品可以被吹成任何形状的制品玻璃玻璃没有固定的熔没有固定的熔点。点。没有一定的熔点而在某一温度范围内逐渐没有一定的熔点而在某一温度范围内逐渐软化的物质。（软化的物质。（介于晶体与非晶体之间介于晶体与非晶体之间。）实

10、例实例特性特性定义定义玻玻璃璃态态物物质质性能：性能：透光性能好、折光率高透光性能好、折光率高特殊玻璃：特殊玻璃：在生产过程中加入不同的物质，调整玻璃的化学组成，可在生产过程中加入不同的物质，调整玻璃的化学组成，可以制得具有不同性能和用途的玻璃。以制得具有不同性能和用途的玻璃。硼硅酸盐玻璃：硼硅酸盐玻璃：性能：性能：膨胀系数小、化学稳定性好，更膨胀系数小、化学稳定性好，更耐高温和耐化学腐蚀耐高温和耐化学腐蚀 用途用途: : 高级化学仪器高级化学仪器过量的过量的sio2或加入或加入b2o3光学玻璃：光学玻璃：用途：用途：眼镜片、照相机、望远镜和眼镜片、照相机、望远镜和显微镜中的透镜等光学仪器显微

11、镜中的透镜等光学仪器 加入加入pbopbo方法：方法：普通玻璃在钢化炉里加普通玻璃在钢化炉里加热软化，取出后再急速冷却。热软化，取出后再急速冷却。蓝色蓝色(co(co2 2o o3 3) )红色红色 (cu(cu2 2o)o) 淡绿色淡绿色 ( (feofeo) )彩色玻璃：彩色玻璃：金属氧化物均匀地分散到金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈玻璃态物质里，使玻璃呈现特征颜色。现特征颜色。钢化玻璃钢化玻璃（工艺处理）（工艺处理）用途用途: : 工艺玻璃制品工艺玻璃制品用途用途: : 汽车或火车车窗汽车或火车车窗性能性能: : 机械强度大、抗震烈、机械强度大、抗震烈、不易破碎；碎块无棱角不

12、易破碎；碎块无棱角二、陶瓷二、陶瓷 陶器的发明是人类早期科学技术发展史上的一个重要的里程碑，是陶器的发明是人类早期科学技术发展史上的一个重要的里程碑，是人类第一次学会用黏土等天然物为原料，通过物理方法和化学反应制人类第一次学会用黏土等天然物为原料，通过物理方法和化学反应制造出来的一种有用的人造材料造出来的一种有用的人造材料。我们在日常生活中接触过哪些陶瓷制品我们在日常生活中接触过哪些陶瓷制品?图图3-25 秦兵马俑是陶制品秦兵马俑是陶制品图图3-26 景德镇瓷器闻名世界景德镇瓷器闻名世界我国我国陶都江苏宜兴陶都江苏宜兴的陶的陶器和器和瓷都江西景德镇瓷都江西景德镇的的瓷器，在世界上都享有瓷器，在

13、世界上都享有声誉。瓷器（声誉。瓷器（英文名英文名china）成为中华民族）成为中华民族文化的象征之一。文化的象征之一。 器别比较器别比较项项陶器陶器瓷器瓷器温度温度最低甚至达到最低甚至达到800800以下，最高可达以下，最高可达11001100左右左右 大都在大都在12001200以上，甚至有以上，甚至有的达到的达到14001400左右左右 质地质地陶器烧成温度低，坯体并未完全烧结陶器烧成温度低，坯体并未完全烧结，胎体硬度较差，胎体硬度较差 瓷器的烧成温度高，胎体基瓷器的烧成温度高，胎体基本烧结本烧结 原料原料黏土黏土 高岭土高岭土 透明度透明度不具备半透明特性不具备半透明特性 半透明半透明

14、釉料釉料陶器有不挂釉和挂釉的两种，挂釉的陶器有不挂釉和挂釉的两种，挂釉的陶器釉料在较低的温度下烧成陶器釉料在较低的温度下烧成在高温下与胎体一次烧成在高温下与胎体一次烧成；在高温素烧胎上再挂低；在高温素烧胎上再挂低温釉，第二次低温烧成温釉，第二次低温烧成 陶器、瓷器的区别陶器、瓷器的区别比较：土器、陶器炻土器、陶器炻器、瓷器器、瓷器种类种类抗氧化、抗酸碱耐腐抗氧化、抗酸碱耐腐蚀、耐高温绝缘、易蚀、耐高温绝缘、易成型成型性能性能反应条件反应条件高温高温混合、成型干燥混合、成型干燥、烧结冷却、烧结冷却生产过程生产过程黏土、黏土、高岭土高岭土 主要原料主要原料图3-27 陶器制造过程示意图 一般烧制的

15、陶瓷制品，表面比较粗糙，而且有不同程度的一般烧制的陶瓷制品，表面比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。但日常生活中的许多陶瓷制品，表面光滑、不渗水，渗透性。但日常生活中的许多陶瓷制品，表面光滑、不渗水，而且色彩丰富，非常漂亮。而且色彩丰富，非常漂亮。这是因为烧制前在坯体表面涂上一这是因为烧制前在坯体表面涂上一层彩釉的缘故。层彩釉的缘故。在普通釉料中加入一些重金属离子即可制得彩釉。在普通釉料中加入一些重金属离子即可制得彩釉。加入的重金属离加入的重金属离子不同，空气用量不同，彩釉的颜色不同。子不同，空气用量不同，彩釉的颜色不同。蓝蓝蓝、淡蓝蓝、淡蓝coco蓝绿蓝绿黄、绿、褐黄、绿、褐crcr紫、黑褐紫

16、、黑褐紫、褐紫、褐mnmn红红蓝绿蓝绿cucu蓝、绿蓝、绿黄、红、褐、黑黄、红、褐、黑fefe空气不足空气不足空气过量空气过量烧制时的空气用量与彩釉颜色烧制时的空气用量与彩釉颜色加入釉料的金属加入釉料的金属元素元素 在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时的空气用量不同，都会在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时的空气用量不同，都会影响彩釉的颜色，这对你有什么启示？影响彩釉的颜色，这对你有什么启示？陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。一些耐高温、耐高压的新型陶瓷被用来代替钢材使用。一些耐高温、耐高压的新型陶瓷被用

17、来代替钢材使用。生活餐具、电生活餐具、电器绝缘瓷、实验室坩埚和蒸发皿器绝缘瓷、实验室坩埚和蒸发皿。学学 与与 问问1、在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时生成不同的金属氧化物，不同金、在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时生成不同的金属氧化物，不同金属氧化物的颜色不同；属氧化物的颜色不同；2、烧制时空气用量不同，得到金属离子的氧化态不同，颜色也不同、烧制时空气用量不同，得到金属离子的氧化态不同，颜色也不同享有盛誉的中国古代陶瓷享有盛誉的中国古代陶瓷三、水泥三、水泥水硬性水硬性（水泥与水掺和、搅拌并水泥与水掺和、搅拌并经静置后很容易凝固变硬经静置后很容易凝固变硬，这就叫做水泥的，这就叫做水泥的水硬性）水硬性）硅酸三钙硅酸三钙3caosio2硅酸二钙硅酸二钙2caosio2铝酸三钙铝酸三钙3caoal2o3高温高