第四章 無機(jī)非金屬材料

1、第四章無機(jī)非金屬材料第四章無機(jī)非金屬材料第一節(jié)離子晶體第二節(jié)分子間作用力與超分子化合物第三節(jié)無機(jī)非金屬材料及其性質(zhì)4.1離子晶體4.1.1幾種二元離子晶體的典型結(jié)構(gòu)晶體晶系點(diǎn)陣形式NaCl立方cFCsCl立方cP 晶體晶系點(diǎn)陣形式 ZnS立方立方cF ZnS六方六方 hP晶體晶系 點(diǎn)陣形式CaF2立方立方cFTiO2 六方四方tP2、離子晶體離子晶體結(jié)構(gòu)的近似模型結(jié)構(gòu)的近似模型（1）離子晶體模型：不等徑圓球密堆積大球（負(fù)離子）密堆積，小球（正離子）填空隙（2）六種典型結(jié)構(gòu)形式晶體：NaCl負(fù)離子堆積方式：A1正離子填隙種類：八面體正負(fù)離子配位比：6：6晶體： CsClZnS(立方) ZnS(六

2、方) 負(fù)離子堆積方式： 簡單立方 A1A3正離子填隙種類： 立方體正四面體正四面體正負(fù)離子配位比：8：84:4 4:4晶體： CaF2 TiO2(金紅石) 負(fù)離子堆積方式： 簡單立方 假六方正離子填隙種類： 立方體八面體正負(fù)離子配位比：4：83:6二元離子的典型結(jié)構(gòu)形式的模型特征二元離子的典型結(jié)構(gòu)形式的模型特征晶體負(fù)離子堆積方式正離子種類占空隙分?jǐn)?shù)正負(fù)離子配位比NaClA1正八面體16:6CsCl簡單立方立方體18:8ZnS(立方)A1正四面體1/24:4ZnS(六方)A3正四面體1/24:4CaF2簡單立方立方體1/24:8TiO2(金紅石)假六方八面體1/23:64.1.2離子鍵離子鍵與晶

3、格能與晶格能1、離子鍵的本質(zhì)：離子鍵是離子間靜電引力與電子排斥力平衡的結(jié)果。靜電引力：電子排斥力：2、晶格能、晶格能(1)定義：0時(shí)1mol離子化合物中的離子從相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)結(jié)合成離子晶體所釋放的能量，即：mMz+ (g) +xXz-(g)=MmXx (s) +U(2)計(jì)算：、公式法（玻恩朗德Born-Lande)公式R0；平衡核間距；N0：Avogadro常數(shù)；A：Magelung常數(shù)，與晶體結(jié)構(gòu)形式有關(guān)；m：Born指數(shù)，與離子的電子構(gòu)型有關(guān)。4.1.4 哥希密特結(jié)晶化學(xué)定律哥希密特結(jié)晶化學(xué)定律、影響結(jié)構(gòu)形式的幾個(gè)因素、影響結(jié)構(gòu)形式的幾個(gè)因素(1) 正負(fù)離子的相對(duì)大小決定正負(fù)離子配位數(shù)及配

4、位多面體型式，較大的正離子周圍可有較多的負(fù)離子與之相接觸。r+/r-的比值與配位數(shù)及配位多面體形式的關(guān)系r+/r-配位數(shù)配位多面體形式實(shí)例00.1552啞鈴狀，鏈狀干冰0.1550.2253等邊三角形CoCO30.2250.4144四面體白硅石，Mg2SiO40.4140.7326八面體，三方柱NaCl0.73218立方體CsCl，CaF2112最緊密堆積Cu，Au，Os(2) 正負(fù)離子的相對(duì)數(shù)量正負(fù)離子的相對(duì)數(shù)量(組成比組成比n+/n-)決定正決定正負(fù)離子配位數(shù)之比及正離子所占空隙分?jǐn)?shù)負(fù)離子配位數(shù)之比及正離子所占空隙分?jǐn)?shù)A、B、(3) 離子的極化引起鍵型級(jí)結(jié)構(gòu)型式的變異離子的極化引起鍵型級(jí)結(jié)

5、構(gòu)型式的變異、離子的極化：離子在相互電場(chǎng)作用下，使電子分布的中心偏離原子核而發(fā)生電子云變形的現(xiàn)象。、鍵型的變異：鍵能、晶格能增加、鍵長縮短；離子鍵共價(jià)鍵、結(jié)構(gòu)型式的變異：配位數(shù)降低；配位多面體的對(duì)稱性降低；高對(duì)稱性的結(jié)構(gòu)層型、鏈型；(2)哥希密特結(jié)晶化學(xué)定律晶體的結(jié)構(gòu)型式取決于其組成者的數(shù)量關(guān)系、大小關(guān)系和極化性能，組成者系指原子、離子或原子團(tuán)。4.1.5 關(guān)于多元復(fù)雜離子晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)則關(guān)于多元復(fù)雜離子晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)則Pauling規(guī)則規(guī)則多元復(fù)雜離子晶體結(jié)構(gòu)模型：配位多面體連接模型第一規(guī)則，離子配位多面體規(guī)則：在每個(gè)正離子周圍形成了負(fù)離子的配位多面體。正負(fù)離子的距離取決于半徑之和，正負(fù)離子的配

6、位數(shù)取決于半徑比。第二規(guī)則，離子電價(jià)規(guī)則(靜電鍵規(guī)則)：在穩(wěn)定的離子結(jié)構(gòu)中，每個(gè)負(fù)離子的電價(jià)數(shù)等于或近似等于這個(gè)負(fù)離子與其相鄰近正離子之間各靜電鍵強(qiáng)度的總和。第二規(guī)則解決了每個(gè)負(fù)離子與幾個(gè)正離子相連接，即幾個(gè)配位多面體共用頂點(diǎn)。第三規(guī)則，配位多面體共用頂點(diǎn)、棱和面規(guī)則：在一個(gè)配位多面體結(jié)構(gòu)中，共邊連接和共面連接會(huì)使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低，而正離子的價(jià)數(shù)越高，配位數(shù)越小，這一效應(yīng)越顯著。4.2 分子間作用力與超分子化合物4.2.1分子型晶體分子型晶體1、分子間作用力、分子間作用力(van de Walls Interaction )E=E靜靜+E誘誘+E色散色散2、原子的范德華半徑、原子的范德華半徑大

7、量晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)表明，一對(duì)非鍵原子間的接觸距離變化幅度很小，范德華半徑代表相鄰分子中原子之間最小接觸距離的平均值。氫原子與電負(fù)性大的原子X形成共價(jià)鍵時(shí)，帶有較強(qiáng)的靜電吸引力，可與另一個(gè)電負(fù)性較大的原子Y形成氫鍵。3、氫鍵氫鍵4.2.2 超分子化學(xué)超分子化學(xué)1、超分子化學(xué)超分子化學(xué)分子之外的化學(xué)分子之外的化學(xué)超分子是由兩種或兩種以上分子以非共價(jià)鍵的分子間作用力結(jié)合在一起而形成的，較復(fù)雜的、有組織的締合體，并能保持確定的完整性，具有特定的行為和比較明確的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀特征2、分子識(shí)別分子識(shí)別 分子識(shí)別是指不同分子間的一種特殊的、專一的相互作用?？腕w分子和主體分子相遇時(shí)，相互選擇對(duì)方一起成鍵。分子識(shí)

8、別的本質(zhì)就是使有形成次級(jí)鍵的最佳條件的接受體和底物分子間，互相選擇對(duì)方結(jié)合在一起，使體系趨于穩(wěn)定。超分子自組裝是指一種或多種分子，依靠分子間相互作用，自發(fā)地結(jié)合起來，形成分立的或伸展的超分子。超分子自組裝靠非共價(jià)鍵，即各種分子間的作用力。超分子自組裝涉及多個(gè)分子締合形成單一的、高復(fù)雜性的超分子聚集體。分子晶體也可看作是一種超分子。超分子的特性既決定于在空間的排列方式，也決定于分子作用力的性質(zhì)。分子晶體中分子排列結(jié)構(gòu)與分子間作用力有關(guān)，也與堆積因子有關(guān)。3、超、超分子自組裝分子自組裝蛋白質(zhì)及肽蛋白質(zhì)及肽酶酶水解酶水解酶羧肽酶羧肽酶(Zn)(Zn)氨肽酶氨肽酶(Mg, Zn)(Mg, Zn)磷酸脂

9、酶磷酸脂酶(Mg, Zn, Cu)(Mg, Zn, Cu)氧還酶氧還酶氧化酶氧化酶(Fe, Cu, Mo)(Fe, Cu, Mo)羥化酶羥化酶(Fe, Cu)(Fe, Cu)超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(Cu, Zn, Mn)(Cu, Zn, Mn)異構(gòu)酶及合異構(gòu)酶及合成酶的輔酶成酶的輔酶維生素維生素B B1212輔酶輔酶(Co)(Co)調(diào)節(jié)蛋白和調(diào)節(jié)肽調(diào)節(jié)蛋白和調(diào)節(jié)肽鈣調(diào)蛋白鈣調(diào)蛋白(Ca)(Ca)人血漿促生長因子人血漿促生長因子(Cu)(Cu)鋅指蛋白鋅指蛋白(Zn)(Zn)運(yùn)送及儲(chǔ)存蛋白運(yùn)送及儲(chǔ)存蛋白電子載體電子載體細(xì)胞色素細(xì)胞色素(Fe)(Fe)鐵硫蛋白鐵硫蛋白(Fe)(Fe)藍(lán)銅蛋白

10、藍(lán)銅蛋白(Cu)(Cu)金屬儲(chǔ)存金屬儲(chǔ)存及運(yùn)送蛋白及運(yùn)送蛋白和結(jié)構(gòu)蛋白和結(jié)構(gòu)蛋白鐵蛋白鐵蛋白(Fe)(Fe)運(yùn)鐵蛋白運(yùn)鐵蛋白(Fe)(Fe)金屬硫蛋白金屬硫蛋白(Cu,(Cu,Zn, Hg, Cd.)Zn, Hg, Cd.)膠原蛋白膠原蛋白(Ca)(Ca)載氧蛋白載氧蛋白血紅蛋白血紅蛋白(Fe)肌紅蛋白肌紅蛋白(Fe)血藍(lán)蛋白血藍(lán)蛋白(Cu)血釩蛋白血釩蛋白(V)1969年發(fā)現(xiàn)鉑配合物具有抗癌作用。年發(fā)現(xiàn)鉑配合物具有抗癌作用。1971進(jìn)入臨床一期實(shí)驗(yàn)。進(jìn)入臨床一期實(shí)驗(yàn)。1978年證實(shí)可以治療卵巢癌和睪丸癌。年證實(shí)可以治療卵巢癌和睪丸癌。目前應(yīng)用最廣泛的抗癌藥物之一。普遍用于臨目前應(yīng)用最廣泛的抗

11、癌藥物之一。普遍用于臨床的是順鉑和碳鉑。床的是順鉑和碳鉑。順鉑在美國的年銷售量為順鉑在美國的年銷售量為500萬美元左右。萬美元左右。過去過去20多年中，使青年人的睪丸癌的死亡率從多年中，使青年人的睪丸癌的死亡率從100%下降到下降到10%。PtClClH3NH3NPtClNH3H3NClcisplatincis-diamminedichloroplatinum(II)cis-DDP trans-diamminedichloroplatinum(II)trans-DDP 具有抗癌活性的二價(jià)鉑配合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有抗癌活性的二價(jià)鉑配合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 順式構(gòu)型兩個(gè)氨或胺類配體在順位；順式構(gòu)型兩個(gè)氨或胺類

12、配體在順位； 兩個(gè)中等取代活性的酸根陰離子配位。兩個(gè)中等取代活性的酸根陰離子配位。與相鄰的兩個(gè)鳥嘌呤結(jié)合占與相鄰的兩個(gè)鳥嘌呤結(jié)合占65；與相鄰的兩個(gè)鳥嘌呤及腺嘌呤結(jié)合占；與相鄰的兩個(gè)鳥嘌呤及腺嘌呤結(jié)合占254.2.3 晶體工程晶體工程1、晶體工程與材料、晶體工程與材料設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)晶體工程是通過分子堆積了解分子間的相互作用，用以設(shè)計(jì)具有特定的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的新晶體。晶體工程的早期工作主要集中在功能性有機(jī)固體的設(shè)計(jì)和合成上。近年來，隨著晶體工程理論研究的不斷深化及其在分子識(shí)別、分子材料和分子器件的研究與開發(fā)中日益廣泛地應(yīng)用，晶體工程已成為設(shè)計(jì)組裝各種光、電、磁、離子交換、催化等新型功能材料的主要合

13、成策略。2、晶體工程、晶體工程中氫鍵的作用中氫鍵的作用在超分子化學(xué)、分子識(shí)別和晶體工程領(lǐng)域中，氫鍵是用以設(shè)計(jì)分子體不可缺少的工具，由于晶體的性質(zhì)依賴于它的結(jié)構(gòu)，利用具有某種特殊性能的原料設(shè)計(jì)出所需的晶體是可以做到的。除強(qiáng)氫鍵（F、O、N與H生成的氫鍵）以外，弱的分子間相互作用也將在未來的晶體工程研究中擔(dān)當(dāng)重要的角色，得到令人興奮的結(jié)果。許多弱氫鍵（CO，CN）及鍵等弱作用力對(duì)晶體的堆積也顯得愈加重要，并被用以設(shè)計(jì)新的晶體。4.3無機(jī)無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用非金屬材料的應(yīng)用4.3.1 無機(jī)無機(jī)非金屬材料分類非金屬材料分類無機(jī)非金屬材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物和硅酸鹽、鈦

14、酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等含氧酸為主要組成的無機(jī)材料。通常把無機(jī)非金屬材料分為傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型(特種)無機(jī)非金屬材料兩大類。前者指以硅酸鹽為主要成分的材料并包括一些生產(chǎn)工藝相近的硅酸鹽材料，如碳化硅、氧化鋁陶瓷、硼酸鹽或鉻質(zhì)耐火材料和碳素材料等。后者主要指20世紀(jì)以來發(fā)展起來的、具有特殊性質(zhì)和用途的材料，如壓電、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、生物工程材料以及無機(jī)復(fù)合材料等。4.3.2 碳素材料碳素材料以單質(zhì)形式存在的碳的同素異型體種類較多，除少量瞬間存在的氣態(tài)碳分子：，等外，主要存在形式有金剛石、石墨、球碳和無定形碳等。、金剛石、金剛石在自然界和人工合成所得的金剛石中，絕大多數(shù)為立方金剛石。但在某些隕石中

15、曾發(fā)現(xiàn)有六方晶格結(jié)構(gòu)的金剛石。也可將石墨在13GPa ，溫度超過4000K的條件下，制得六方結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)態(tài)金剛石。在金剛石中，原子以sp3雜化軌道與相鄰的C原子一起形成四面體排布的單鍵，形成無限的三維結(jié)構(gòu)，因此一顆金剛石晶體就是一個(gè)大分子。在金剛石晶體中，各個(gè)方向結(jié)合牢固，不易滑動(dòng)和解理，是天然界最硬的材料。金剛石中堆積密度不大(空間占有率：34.01%)，但因鍵非常牢固，可壓縮性小，熔點(diǎn)高。純金剛石是絕緣體，含有雜質(zhì)及缺陷的金剛石具有半導(dǎo)體性質(zhì)及呈現(xiàn)一定的顏色。、石墨、石墨石墨有兩種晶型，層型分子的相對(duì)位置為ABAB順序重復(fù)的六方()石墨及層型分子的相對(duì)位置以ABCABC順序重復(fù)的三方()石墨

16、。石墨晶體由層型分子堆積而成，層間作用力微弱，是石墨能形成多種多樣的石墨夾層化合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的根源。石墨的特殊物理性能有：解理性；質(zhì)地軟；良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性。是制作電極的良好材料。3、球、球碳碳 球碳是由純碳原子組成的球形分子，每個(gè)分子由幾十個(gè)到幾百個(gè)碳原子組成，是一類分立的，能溶于有機(jī)溶劑的碳的單質(zhì)分子。 球碳的制備：（1）在含有一定量氦氣的氣氛中將兩個(gè)石墨電極通電產(chǎn)生電弧，使石墨蒸發(fā)成碳蒸氣，碳蒸氣環(huán)合凝結(jié)生成碳煙，最后通過溶于苯中結(jié)晶提純。（2）嚴(yán)格控制氮?dú)夂脱鯕獾谋壤?，使苯不完全燃燒而生成碳煙，溶解結(jié)晶提純可得。4、無定形碳、無定形碳 常見的無定形碳有：木炭、焦炭、活性炭、炭黑、碳纖維、玻

17、璃態(tài)碳、納米碳管等。 在無定形碳中，石墨層型結(jié)構(gòu)的分子碎片大致相互平行、無規(guī)則地堆積在一起。層間或碎片間以金剛石結(jié)構(gòu)的四面體成鍵方式相連接。這種四面體的碳原子所占的比例越多，則此石墨較堅(jiān)硬，如焦炭和玻璃態(tài)碳等4.3.3 硅硅1、單晶硅、單晶硅 熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核生長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來使結(jié)晶成單晶硅。 單晶硅具有準(zhǔn)金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導(dǎo)電性，且其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加。有顯著的半導(dǎo)體性。超純的單晶硅是本征半導(dǎo)體。 在超純單晶硅中摻入微量的A族元素，如硼，可提高其導(dǎo)電的程度而形成p型半導(dǎo)體；摻入微量的族元素如磷或砷，

18、也可提高其導(dǎo)電性能，形成 n型硅半導(dǎo)體。2、多晶硅、多晶硅 多晶硅也是硅單質(zhì)的一種形態(tài)，熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核生長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，結(jié)晶成多晶硅。 多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面?；旧鲜歉飨蛲缘?。導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著。但其化學(xué)性質(zhì)與單晶硅相同。 由熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下自由結(jié)晶，可得多晶硅晶體。多晶硅經(jīng)一定溫度條件下的拉制可得到單晶硅。3、太陽能電池、太陽能電池（1）單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池 制作單晶硅太陽能電池的硅要求純度達(dá)99.999%以上。（2）多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池 單晶硅太陽

19、能電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料，而制造這些材料工藝復(fù)雜，成本高。在制造過程中單晶硅的浪費(fèi)嚴(yán)重，近年來太陽能電池材料正向利用多晶硅的方向發(fā)展。 多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽能電池基本一致，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%，稍低于單晶硅太陽能電池。但材料制造簡便，生產(chǎn)成本低，因此發(fā)展迅速。（3）非晶硅太陽能電池）非晶硅太陽能電池 非晶硅太陽能電池是近年來出現(xiàn)的新型薄膜式太陽能電池，它制作簡單，硅材料消耗很少。 日前非晶硅太陽能電池存在的問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，最高約10%， 且不穩(wěn)定，易衰減，目前主要應(yīng)用于小型電器中。（4）多元化合物太陽能電池）多元化合物太陽能電池 多元化合物太陽能電池指不

20、是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池?，F(xiàn)在各國研究的品種繁多，雖然大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，但它們的應(yīng)用前景非常廣泛。如硫化鎘、砷化鎵、銅銦硒太陽能電池。4.3.4 無機(jī)化合物材料無機(jī)化合物材料1、氮化硼、氮化硼 硼氮化合物(BN)n與單質(zhì)碳(C2)n是等電子體，BN和碳一樣可形成石墨晶型和金剛石晶型結(jié)構(gòu)的材料。 層狀與石墨性質(zhì)相似，質(zhì)地柔軟，但光電發(fā)生和石墨不同，是白色的絕緣體，故又稱白石墨。 在高溫高壓下，氮化硼也可以轉(zhuǎn)化為類似于金剛石結(jié)構(gòu)的立方晶體。BN鍵長與金剛石中的CC鍵長相近，密度也和金剛石相仿，雖硬度略遜于金剛石，但耐熱性比金剛石好。金剛石在700C附近開始石墨化，且和鐵等物質(zhì)會(huì)起

21、化學(xué)反應(yīng)，不適合于在鋼的加工中使用。對(duì)鋼鐵的切削、磨削方面，立方晶體的氮化硼性能上優(yōu)于金剛石，是新型的高溫超硬材料。2、碳化硅、碳化硅碳化硅具有與金剛石相似的晶體結(jié)構(gòu)，可以看成是金剛石晶體中半數(shù)的碳原子為硅原子所取代而形成的原子晶體，熔點(diǎn)高達(dá)2827C，硬度近于金剛石，又稱金剛砂。碳化硅可由砂與過量焦炭的混合物在電爐中加熱制得。碳化硅晶體呈藍(lán)黑色，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上常用于磨料或制造砂輪、磨石材料。含SiC97%以上的稱綠碳化硅，主要用于硬質(zhì)合金磨料。含SiC95%以上的稱黑碳化硅，主要用于鑄鐵和非金屬磨料。3、NaCl型結(jié)構(gòu)的材料型結(jié)構(gòu)的材料AB型二元化合物中，有許多采用NaCl結(jié)構(gòu)型式。

22、這類化合物中，除鎂外，堿土金屬氧化物由于金屬離子的半徑較大，r+/r-數(shù)值大于0.414，容易形成比較開放的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)容易為水分子滲入，引起水化，導(dǎo)致材料性能惡化，氧化物陶瓷生產(chǎn)中必須注意這類問題。 純凈的NaCl等晶體可用作能透過紫外線的透鏡。MgO經(jīng)過高溫焙燒后可作耐高溫材料，可在1700以下使用，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的揮發(fā)作用。雖然CaO、SrO熔點(diǎn)高，但因堿性強(qiáng)，易吸水等問題，不能作為耐高溫材料。4、CsCl型結(jié)構(gòu)的材料型結(jié)構(gòu)的材料正負(fù)離子配位數(shù)均為8的立方體適合較大離子半徑的正離子和鹵離子等的化合物二元金屬間的化合物晶體。一些金屬間化合物也可看作是CsCl;結(jié)構(gòu)

23、的堆疊，例如Cr2Al5、立方、立方ZnS型結(jié)構(gòu)的材料型結(jié)構(gòu)的材料6、六方、六方ZnS型晶體結(jié)構(gòu)的材料型晶體結(jié)構(gòu)的材料BeO、ZnO、AlN等具有六方ZnS型晶體結(jié)構(gòu)。BeO陶瓷熔點(diǎn)高達(dá)2500C以上，對(duì)輻射相當(dāng)穩(wěn)定，是很好的耐火材料。雖然它在1650 C與水蒸汽作用會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)，但因?yàn)樗c金屬不會(huì)粘結(jié)，可用作精密儀器煉的坩堝材料。通過下列反應(yīng)：Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO可以制備氮化鋁。其中碳的作用是與氧結(jié)合成一氧化碳，促進(jìn)Al2O3轉(zhuǎn)化為AlN的過程。AlN可制造供熔融B2O3或熔化玻璃及鋁、錫、鎵等金屬用的坩堝。7、CaF2晶體結(jié)構(gòu)的材料晶體結(jié)構(gòu)的材料許多無機(jī)化合物為螢石或反螢

24、石結(jié)構(gòu)的材料。二價(jià)正離子的鹵化物；一價(jià)正離子的氧化物、碳化物，四價(jià)正離子的氧化物。8、金紅石型晶體結(jié)構(gòu)的材料、金紅石型晶體結(jié)構(gòu)的材料 二氧化鈦通常具有金紅石型、銳鈦型和板鈦型三種不同的結(jié)構(gòu)變體，最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是金紅石型。常見的有金紅石型和銳鈦型。 金紅石型晶體結(jié)構(gòu)在無機(jī)非金屬材料中占有比較重要的位置。許多AB2形二元化合物都具有金紅石型結(jié)構(gòu)，如：TiO2、GeO2、SnO2、PoO2、NbO2、MoO2、WO2、CoO2、MgF2等都為金紅石型結(jié)構(gòu)。 金紅石為紅色或黃色晶體，含有少量雜質(zhì)。純凈二氧化鈦呈白色，大量用于白色涂料的顏料，它的覆蓋率高、持久性好具有消光增白作用。4.3.5 硅酸鹽材料硅

25、酸鹽材料1、硅酸鹽的基本特征、硅酸鹽的基本特征 所有硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基本特征是以硅氧四面體(SiO44-)作為結(jié)構(gòu)單元。四個(gè) O2-離子以正四面體方式配位于硅離子周圍，形成硅氧四面體。硅、氧離子半徑比為0.3。由于硅離子的極化能力強(qiáng)，硅氧鍵鍵長比硅氧離子半徑之和要小。 硅酸鹽結(jié)構(gòu)的另一特征是Si4+離子之間不存在直接接觸，通常是通過共用的氧原子將硅氧四面體連接在一起，形成有限或無限擴(kuò)展的配位多核陰離子，多種形式的連接使得硅酸鹽呈現(xiàn)出顯著的多樣性和復(fù)雜性。2、硅酸鹽的結(jié)構(gòu)類型、硅酸鹽的結(jié)構(gòu)類型 硅酸鹽結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)硅氧四面體之間不能共用棱、面，只能共用一個(gè)頂點(diǎn)或不共用頂點(diǎn)。而結(jié)構(gòu)中除鋁以外的其它離子都

26、不能替代硅氧四面體中的硅而形成骨架形式。因此，通常可以用硅酸鹽的陰離子中硅氧四面體與相鄰硅氧四面體共用頂點(diǎn)的情況來進(jìn)行硅酸鹽的分類。 因?yàn)楣杷猁}中Si-O鍵是最主要的鍵，硅與氧的結(jié)合方式在很大程度上對(duì)硅酸鹽的性質(zhì)有著決定作用。 硅氧四面體可以形成環(huán)狀或非環(huán)狀的有限結(jié)構(gòu)；也可形成公用四面體頂點(diǎn)的鏈型、二維無限的層型或三維無限的骨架結(jié)構(gòu)。表 一些有代表性的硅氧骨架形式硅氧骨架型式組成單元共用氧原子數(shù)硅氧(鋁)比分立型孤立四面體SiO44-01：4雙四面體Si2O76-12：7環(huán)型Si3O96- 、 Si4O128- 、 Si6O1812-21：3鏈型單鏈SiO3n2n-21：3雙鏈Si4O11n6n-2(3)4 ： 11層型Si2O6n2n-32 ： 5架型SiO2n41 ： 23、分子篩、分子篩 分子篩是一種天然或人工合成的泡沸石型水合硅鋁酸鹽的晶體，在結(jié)構(gòu)中有許多孔徑均勻的通道和排列整齊內(nèi)表面很大的孔穴。與普通概念的篩子不同，普通篩子是小于篩孔的物質(zhì)可以通過，大于篩孔的物質(zhì)無法通過。分子篩只能使直徑比孔徑小的分子進(jìn)入孔穴后被吸附，大于孔徑的分子進(jìn)不去，從分子篩小晶粒之間的空隙通過，從而使不同大小形狀的分子得以分開，起著篩選分子的作用，因而得名。 分子篩除了用作干燥劑、吸附劑、組分分離外，還可作為具有高催化活性和選擇性的催化劑應(yīng)用于石油