二氧化硅和硅酸盐.ppt

1、2020/7/22，1，14.4.6二氧化硅和硅酸盐1。硅在二氧化硅中的丰度为29.50，居第二位。是矿物质的主要元素。硅容易与氧结合。自然界中没有游离硅。二氧化硅以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。二氧化硅有两种形式：晶体和无定形。硅藻土是无定形二氧化硅，由硅藻和放射虫残留物组成。它是多孔的，具有良好的吸附结构和性能。二氧化硅是一种原子晶体，每个硅原子通过单键与四个氧原子相连，形成一个四面体结构单元。晶体最简单的分子式是二氧化硅，但二氧化硅并不代表一个简单的分子。不同的四面体形成不同的晶体形式。2020/7/22，2、纯物理性质的应时称为晶体，是坚硬、易碎、不溶的无色透明晶体，膨胀系数小，加热淬火

2、不易破碎。它常被用作光学仪器，是光纤的主要材料。紫水晶和烟晶是由杂质引起的化学性质。二氧化硅的化学性质不溶于水和酸，只有浓磷酸和氢氟酸能与之反应。二氧化硅2H3PO4(浓缩)=SiP2O7 3H2O二氧化硅4hf=SiF4 2h2o SiF4可容易地与hf配位形成氟硅酸。SiF4 2HF=H2SiF6氟硅酸在水溶液中是稳定的，并且是强酸。酸度与硫酸相似，与碱的反应在2020年7月进行。二氧化硅是一种酸性氧化物，它能在高温下缓慢溶于碱形成硅酸盐二氧化硅氢氧化钠=Na2SO 3 H2O。通过将二氧化硅与氢氧化钠或碳酸钠共熔得到的硅酸钠二氧化硅na2co 3=na2sio 3 CO2 na2so 3

3、是玻璃状的，可溶于水。这种水溶液被称为水玻璃，可用作粘合剂、防火涂料和防腐剂。2.硅酸的一般情况二氧化硅是硅酸的酸酐，它能形成多种硅酸，其组成随形成条件而变化，表示为二氧化硅。已知的有：最简单的偏硅酸盐H2SiO3(SiO2H2O)，通常用H2SiO3代表硅酸；H6si2o7二硅酸盐(2so 23 H2O)；三硅酸铝h4si 3o 8(3 SiO 22 H2O)；h2si 2o 5(2so 2 H2O)；原硅酸H4SiO4(SiO22H2O)，2020/7/22，4，性质实验室用可溶性硅酸盐的制备和通过酸反应制备的硅酸SIo 32-2H=H2sio 3硅酸是Ka1=310-10和Ka2=210

4、-12的二元弱酸。硅酸在纯水中溶解度很小。生成的硅酸不会立即沉淀。原因：单个硅酸分子是可溶解的。硅酸分子将逐渐聚合成聚硅酸溶胶，通过向稀释的硅酸溶胶中加入电解质，可以得到粘液状硅酸沉淀，如果硅酸浓缩，可以得到硅酸凝胶。从硅酸凝胶中蒸发出一些水，得到硅酸干凝胶，即硅胶，其对硅胶白色略透明，多孔，具有大的内表面积，可达800 m2g-1 900 m2g-1，具有很强的吸附性能，可用作吸附剂、干燥剂和催化剂载体。变色硅胶在实验室中用作干燥剂：将硅胶浸泡在氯化钴溶液中，然后干燥。无水Co2是蓝色的，水合Co2(H2O)62是粉红色的。吸附水增加，颜色由蓝色变为粉红色，再干燥后变为蓝色。2020/7/2

5、2，5，3。硅酸盐的溶解性在所有硅酸盐中，只有碱金属硅酸盐可溶于水，而其他金属硅酸盐不溶于水。贵金属硅酸盐一般具有水溶液的特征颜色，溶液呈碱性。在硅酸钠溶液中加入氯化铵，氯化铵与水反应呈酸性，二氧化硅与水反应呈碱性并相互促进，使其与水的相互作用更加充分。H2SiO3沉淀，氨气释放。可以确定，可溶性硅酸盐二氧化硅32-2NH 42H2O=H2sio 3 2H 3H2O 2H 32H2O分布广泛，种类繁多，约占总矿物的1/4，占总地壳质量的80%。硅酸盐的成分非常复杂。为了方便起见，它通常被认为是一种结合了硅酸酐和金属氧化物的化合物。化学式可以写成，2020/7/22，6，钾长石K2O 2O 36

6、 SiO 2或K2Al2Si6O16高岭土Al2O32SiO22H2O或Al2H4Si2O9白云母K2O 2O 36 SiO 2H2O或K2H4Al2(SiO3)6石棉CaO 3 mo 4 SiO 2或CaMg3(SiO3)沸石Na2O 2O 32 SiO 2 NH2O或NaA12(SiO 4)2 NH2O滑石3 mo 4 SiO 2 H2O或Mg3H2(SiO3)4纯高岭土是制造瓷器的原料。钾长石、云母和应时氩石棉耐酸耐热。它可以用来包裹蒸汽管和过滤酸，也可以制成耐火布。云母透明耐热，可用作炉窗和隔热材料。沸石可以用作硬水的软化剂，它也是一种天然分子筛。硅酸盐的基本结构单元是硅氧四面体。Si

7、O _ 4四面体的不同连接方式构成了四种不同类型的硅氧骨架结构。(1)离散的硅酸盐结构含有单个负离子sio42-或2，3，4，6 sio4四面体，它们连接形成具有线性或环状结构的负离子Si2O 76-和Sino 3N 2。这些离散的二氧化硅主链通过带正电荷的金属离子相互连接。(2)链状硅酸盐的许多四氧化硅四面体被连接成无限长的单链或双链，因此这种结构包含在一个方向上无限延伸的二氧化硅主链，如二氧化硅2n-、二氧化硅11-n6n-(3)层状硅酸盐，并且许多四氧化硅四面体通过氧原子以共同的顶角连接成片状结构。有许多四氧化硅四面体连接成无限的三维网格结构，其中含有二氧化硅骨架二氧化硅5n2n-，二氧

8、化硅10n5- (4)骨架硅酸盐在二维平面上延伸。四氧化硅四面体由四个氧原子共享的各种空间晶格组成，其硅氧骨架为alsi _ 3o _ 8nn-等。2020/7/22，8，14.5*对于无机非金属材料，参见第19章材料和化学，14.6*常见离子的识别方法，2020/7/22，9，第19章材料和化学。本章主要介绍化学和材料。重点介绍化学在各种新材料开发和应用中的作用，包括金属材料、新型无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料和纳米材料等。2020年7月22日，19.1简介定义材料是可以用来制作有用物品的材料。它们根据化学成分、金属材料、基于金属元素的材料、无机非金属材料、除金属和聚合物材料之外的

9、几乎所有材料、有机聚合物材料和复合材料来分类。国际社会认识到，材料、能源和信息技术是新科技革命的三大支柱。从现代科学技术发展的历史可以看出，每一项重大的新技术发现往往都依赖于新材料的发展。金属材料概述金属材料是以金属元素为基础的。纯金属的机械性能往往难以满足工程技术的需要。因此，在纯金属中，金属材料通常以合金的形式使用，并且添加一种或多种其他元素。通过适当的成型工艺，可以制造出各种不同性能的金属材料。19.2.1轻合金将轻合金定义为以轻金属为主要成分的合金材料。在有色金属和合金中，铝、镁及其合金属于轻金属和轻合金，2020/7/22/12。铝合金的类型根据加工方法分为锻造铝合金和铸造铝合金。通

10、过热处理提高强度的变形铝合金是硬质铝合金。其产品的强度与钢相似，但质量只有钢的14左右，但耐腐蚀性差。通过压力加工提高强度的变形铝合金被称为防锈铝合金，它能抵抗海水腐蚀，在造船工业中广泛用于轻质铝锂合金。特点：高强度、高模量。原因：锂的密度为0.534gcm3，是铝的15倍，是钢的115倍。在铝合金中加入少量锂可以显著降低密度。它对追求轻质和高强度材料的航空航天工业有很大的吸引力。使用铝锂合金，如B737、B747SP、B747200、B747200、A310、A340、A340等，可使民用飞机重量减轻816公斤，可减轻2178公斤、4200公斤、2020/7/22、13、19.2.2形状记忆

11、合金，原因是该合金具有一对可逆的晶体结构。1951年，美国人首次发现金镉合金具有记忆形状的特征。后来，人们发现铟铊(InTl)、镍钛(NiTi)等。用于加工内径小于待连接管道外径的套管，然后扩大直径以插入待连接管道。当温度达到正常温度时20世纪70年代初，NiTi合金管接头应用于美国F14飞机的油连接系统，具有接触紧密、防泄漏、装配时间短、远优于焊接等优点，特别适用于航空、航天、核工业、海底输油管道等危险领域。NiTi形状记忆合金可以制成人造卫星天线并卷成卫星体。卫星进入轨道后，在太阳热或其他热源的帮助下，它在太空中展开。储氢合金概述2020/7/22，14，19.2.3储氢材料的一些过渡金属

12、、合金和金属间化合物具有特殊的晶体结构，这使得氢容易进入其晶格间隙形成金属氢化物。这些金属氢化物可以储存10，001，300倍的氢，加热时氢可以从金属中释放出来。1968年，美国布鲁克海文国家实验室首次发现镁镍合金具有吸氢特性。1969年，荷兰的菲利普实验室发现钐钴(SmCo5)合金可以吸收大量的氢。后来发现镧镍(LaNi5)合金在室温下具有良好的可逆吸放氢性能。目前，储氢合金正被应用于合金系统的多样化发展。储氢合金用于储存和运输氢气，不仅重量轻、安全，而且具有储存时间长、无损耗等优点。储氢合金的快速发展将为氢的利用开辟更广阔的前景。在2020/7/22、15、19.2.4中，可以被磁化到更大

13、的磁化强度并且可以在实践中使用其磁性的铁磁材料(体)被称为磁性材料发展史上的指南针和南向导。目前，第四代稀土永磁材料的应用主要包括两大类：发电机、电器等方面的硬磁材料或永磁材料，电机、变压器磁芯的软磁材料，以及各种磁头材料。在2020/7/22，16，19.3(新)无机非金属材料中，无机非金属材料包括除金属材料和聚合物材料以外的几乎所有材料。陶瓷、砖、玻璃、水泥、耐火材料等材料中用量最大的无机非金属材料。传统的硅酸盐无机材料是由氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等组成的新型无机非金属材料。具有优异的耐高温、高硬度、耐腐蚀等性能，以及优异的介电、压电、光学、电磁及其功能转换等性能。2020年7月22

14、日，17.19.3.1陶瓷(陶瓷)是普通陶瓷，是通过高温煅烧粘土制成的坚硬、坚固、耐水、易碎的硅酸盐陶瓷。将粘土和适量的水充分混合后，制成一定形状的坯体。经低温干燥、高温烧结和冷却后，制得以3A12O32SiO2为主要成分的陶瓷材料。以普通陶土为原料，在不高于1000的温度下烧结而成。它在较高的温度下烧制并上釉，得到一种以高纯度无机化合物为原料的新型陶瓷。在严格控制的条件下，通过成型、烧结或其他处理制备具有精细晶体结构的无机材料。2020年7月22日，陶瓷材料具有良好的化学稳定性、耐酸碱腐蚀和高温抗氧化性，制备工艺简单，成分可变，通过控制其成分可以获得新的性能。经过适当的处理，一些材料也可以像

15、晶体材料一样表现出各向异性，有些性能甚至优于晶体材料。新陶瓷或高性能陶瓷几乎不含玻璃相的结晶陶瓷。与传统陶瓷不同，它被称为高级陶瓷或高科技陶瓷。有时也被称为精细陶瓷，这意味着其微观结构非常精细，其制备工艺非常精细。它也被称为工程陶瓷。它可以分为先进的结构陶瓷，它利用材料的优良机械性能来制备各种机械结构的零件，甚至切削工具。它提供了其他材料无法提供的高性能。先进的结构陶瓷代表了当代陶瓷科学的最高水平，生产和市场容量以每年1518的速度增长。2020年7月22日和19日，先进的功能陶瓷利用材料的电、磁、声、光、热和弹性的直接或耦合效应来实现某些功能陶瓷。功能陶瓷与电子技术密切相关，所谓的“功能”在

16、很多情况下都与电子技术相关。特点：种类繁多，如电容器陶瓷、磁性陶瓷、压电陶瓷、电致伸缩陶瓷、热电陶瓷、半导体陶瓷、导电陶瓷、透明和电光陶瓷等。陶瓷电容器作为云母电容器的替代品，已经成为应用最广泛的电容器。全世界每年生产500多亿个陶瓷电容器，占电容器总产量的一半以上，并且仍以每年15的速度增长。占先进陶瓷市场容量的7080纳米陶瓷发展的第三次飞跃，预计陶瓷科学将在本世纪初在这一领域取得重大突破。2020年7月22日、2。玻璃定义了由于粘度逐渐增加而具有固体性质和结构特征的无定形物质，这种物质被称为普通玻璃硅酸盐玻璃。一种无色透明的熔体，Na2CO 3 CaCO 36 SiO 2=Na2CO 6

17、 SiO 2 2co 2，是由石英砂、纯碱和石灰石熔化而成。通过改变普通玻璃的化学成分或对玻璃进行特殊处理，可以获得各种特殊性能的玻璃。2020年7月22日，有色玻璃加入少量金属氧化物制成光致变色玻璃，并加入氯化银和氯化亚铜制成：在强光下，AgC微小晶体分解成银和氯原子，银使玻璃变暗，去除光照，氯化亚铜硼硅酸盐玻璃结合减少玻璃中Na2O的量，加入B2O3使其坚硬耐热，最高使用温度可达1600以上。它也被称为硬质玻璃或耐热玻璃，Li2O和二氧化硅是通过紫外线照射形成的。它的强度比玻璃大6倍，比高碳钢硬，比铝轻，而且它有很高的热稳定性。当加热到900并突然放入冷水中时，它不会爆裂。它用于无线电、电子、航空航天、原子能和钢化玻璃的化学生产。当玻璃被损坏时，应采取适当的措施提高表面张力，增加玻璃的强度。即使它破了，碎片也不会是尖角。它也被称为“安全玻璃”。其他生化玻璃、激光玻璃、导电玻璃和玻