1、硅無(wú)機(jī)非金屬材

1、 第4章 材料家族中的元素CPU硅芯片的使用材料是人類生產(chǎn)和生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是衡量一個(gè)國(guó)家科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一.第第1 1節(jié)節(jié) 硅硅 無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料硅的化合物的使用在生活中常常硅的化合物的使用在生活中常?？梢砸?jiàn)到，如石英，玻璃，水晶。可以見(jiàn)到，如石英，玻璃，水晶。遠(yuǎn)古時(shí)代人類就已經(jīng)開始和使用遠(yuǎn)古時(shí)代人類就已經(jīng)開始和使用陶瓷。但硅的單質(zhì)直到陶瓷。但硅的單質(zhì)直到1818世紀(jì)上世紀(jì)上半葉有科學(xué)家制備出。半葉有科學(xué)家制備出。硅硅發(fā)發(fā)* *展展 史史 硅的分布與存在存在：沒(méi)有游離態(tài)，存在：沒(méi)有游離態(tài)，只有化合態(tài)。只有化合態(tài)。分布：在地殼中居第二位。構(gòu)成礦物和巖分布：在地殼中

2、居第二位。構(gòu)成礦物和巖 石的主要成分。石的主要成分。OSiAlFe地地殼殼中中元元素素含含量量前前四四位位一、硅一、硅物理性質(zhì)物理性質(zhì) 1 1、灰黑色，有金屬光澤，、灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體。硬而脆的固體。 2 2、熔、熔, ,沸點(diǎn)高、硬度大。沸點(diǎn)高、硬度大。 3 3、晶體硅是良好的半導(dǎo)、晶體硅是良好的半導(dǎo)體。體。o 結(jié)構(gòu)與金剛石相似，故物理性質(zhì)相似晶體硅氧化性還原性Cl2O2N2C金屬單質(zhì):Fe,Cu,Mg等MgCl2MgCl2 2MgO2 =2MgO 3MgN2=Mg3N2 非金屬單質(zhì):C,H2等H2Cl2=2HCl H2+O2=H2ON2+3H22NH3還原性化合物2FeCl2C

3、l22FeCl3 2SO2 +O2=2SO3氧化性:O2,Cl2,濃H2SO4,濃HNO3等C2H2SO4(濃)=CO22SO22H2O C4HNO3(濃)=CO24NO22H2O 非金屬單質(zhì)非金屬單質(zhì)點(diǎn)燃點(diǎn)燃點(diǎn)燃光高溫高壓點(diǎn)燃備注：常溫下，備注：常溫下，除氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿外，一般不與其他物質(zhì)反應(yīng)。除氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿外，一般不與其他物質(zhì)反應(yīng)?；瘜W(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不活潑不活潑(1)(1)加熱時(shí)：與加熱時(shí)：與O O2 2，ClCl2 2反反應(yīng)應(yīng)Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 2（2 2）硅的制備）硅的制備SiOSiO2 2+2C=Si+2C=Si+2CO2CO高溫高溫硅的提純硅的提純Si

4、 + 2Cl2 SiCl4SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl 硅的用途硅的用途 硅除作為硅除作為半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料用來(lái)制集成電路、晶體管、用來(lái)制集成電路、晶體管、硅整流器外，還可制造硅整流器外，還可制造太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池，硅合金等。硅，硅合金等。硅合金用于制造變壓器、耐酸設(shè)備等。合金用于制造變壓器、耐酸設(shè)備等。 二、二氧化硅二、二氧化硅 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)： SiOSiO2 2 主要是由硅主要是由硅原子和氧原子構(gòu)成，不原子和氧原子構(gòu)成，不溶于水，熔點(diǎn)高、硬度溶于水，熔點(diǎn)高、硬度大大。o 結(jié)構(gòu)與金剛石相似，故物理性質(zhì)相似CO2與堿反應(yīng) 2NaOH+CO 2NaOH+CO2 2=Na=

5、Na2 2COCO3 3+H+H2 2O O與堿性氧化物反應(yīng)與水反應(yīng) CO CO2 2+H+H2 2O=HO=H2 2COCO3 3與酸反應(yīng) 不反應(yīng) CO2+Na2O=Na2CO3知識(shí)回顧：CO2性質(zhì)二氧化硅化學(xué)的性質(zhì)二氧化硅化學(xué)的性質(zhì)（1）酸性氧化物：與強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)。2NaOH+SiO2= Na2SiO3+H2O硅酸鈉：硅酸鈉的水溶液稱水玻璃具有粘性，故不能用磨口玻璃塞盛堿性溶液，見(jiàn)光易分解的物質(zhì)棕色瓶。如：AgBr,HClO等強(qiáng)氧化性溶液不能用橡膠塞，應(yīng)該用玻璃塞。如：濃HNO3,KMnO4等液封法保存的物質(zhì) 。鈉煤油,液溴水 （4）玻璃雕刻：常溫與氫氟酸反應(yīng)4HF+SiO2=SiF4+2

6、H2O（反應(yīng)進(jìn)行的實(shí)質(zhì)：平衡移動(dòng)）（反應(yīng)進(jìn)行的實(shí)質(zhì)：平衡移動(dòng)）（2）與堿性氧化物：SiO2+CaO=CaSiO3高溫（3）與水的反應(yīng)SiO2不與水反應(yīng)（沙子不溶于水）二氧化硅的用途二氧化硅的用途制寶石 儀器(化學(xué) 光學(xué)) 鐘表 光纜 建筑材料等光光 纖纖 光光 纜纜 普普 通通 電電 纜纜 每根光纖可同時(shí)通過(guò)10億路電話 8管同軸電纜每條通話1800路 原料來(lái)源廣資源較少 質(zhì)量輕，不怕腐蝕鋪設(shè)方便質(zhì)量重，怕腐蝕 抗電磁干擾，保密性好，不發(fā)生電輻射 不抗電磁干擾，發(fā)生電輻射三三 硅酸鹽與無(wú)機(jī)非金屬材料硅酸鹽與無(wú)機(jī)非金屬材料o H2SiO3不溶于水的酸，酸性比H2CO3弱Na2SiO3 +H2O+

7、CO2=H2SiO3+Na2CO3 （硅酸是溶于水的酸，故不能直接溶于水制（硅酸是溶于水的酸，故不能直接溶于水制得得 ） 硅酸鹽：一般是由硅，氧，金屬組成的化合物（1）硅酸鹽的表示通常氧化物的形式來(lái)表示其組成。表示方法：金屬氧化物在前，再寫SiO2，最后寫H2O；氧化物之間用“”隔開。例：Na2SiO3可以寫成 Na2O SiO2制備: Na2SiO3+HCl=2NaCl+H2SiO3 （2）硅酸鹽的工業(yè)產(chǎn)物玻璃玻璃傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)材料傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)材料o 原料：純堿原料：純堿 石灰石石灰石 石英石英o 設(shè)備：玻璃熔爐設(shè)備：玻璃熔爐o 條件：高溫熔融條件：高溫熔融o 主要反應(yīng)：主要反應(yīng)：NaNa2 2C

8、OCO3 3+SiO+SiO2 2= Na= Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2高溫高溫CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2= CaSiO= CaSiO3 3+CO+CO2 2高溫主要成分：硅酸鈉，硅酸鈣，二氧化硅主要成分：硅酸鈉，硅酸鈣，二氧化硅 （沒(méi)有一定的熔點(diǎn)）（沒(méi)有一定的熔點(diǎn)）有色玻璃有色玻璃: :在玻璃中添加有色氧化物在玻璃中添加有色氧化物如如: :藍(lán)色藍(lán)色 氧化鈷氧化鈷(Co(Co2 2O O3 3) ) 紅色紅色 氧化亞銅氧化亞銅(Cu(Cu2 2O)O)有色玻璃有色玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃:普通玻璃加熱熔化急速冷卻普通玻璃加熱熔化急速冷卻，強(qiáng)度為

9、普通玻璃，強(qiáng)度為普通玻璃4-6倍，不易破碎，即倍，不易破碎，即使破碎了，碎塊也沒(méi)有尖銳是棱角。使破碎了，碎塊也沒(méi)有尖銳是棱角。水泥水泥原料：黏土，石灰石，石膏設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯條件：煅燒主要成分：3CaOSiO2硅酸三鈣 2CaOSiO2硅酸二鈣 3CaOAl2O3鋁酸三鈣(水硬性)名稱名稱水泥水泥砂漿砂漿原料原料水泥水泥沙子沙子 水水用途用途建筑建筑粘合劑粘合劑混凝土混凝土水泥水泥 沙子沙子碎石碎石 建造廠房建造廠房鋼筋鋼筋混凝土混凝土鋼筋鋼筋混凝土混凝土建造高樓建造高樓橋梁橋梁 水壩水壩幾種常見(jiàn)的水泥制品原料：黏土原料：黏土條件：高溫煅燒條件：高溫煅燒瓷器瓷器人類應(yīng)用最早的硅酸鹽材料描述景德

10、鎮(zhèn)陶瓷描述景德鎮(zhèn)陶瓷有這樣一句話：有這樣一句話：薄如紙，薄如紙，聲如磬，聲如磬，色如玉。色如玉。景德鎮(zhèn)是著名的瓷都景德鎮(zhèn)是著名的瓷都,而陶瓷又起源于中國(guó)而陶瓷又起源于中國(guó).青花瓷o 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷在航天事業(yè)的運(yùn)用原因o 是因?yàn)樗哂心透邷?，耐氧化，超?qiáng)，超硬的特點(diǎn)。o 它可以在各種的環(huán)境下使用。同時(shí)也是造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的理想材料，大大提高能源的利用率。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷幾種新型陶瓷材料幾種新型陶瓷材料 生物陶瓷o 這種陶瓷強(qiáng)度大，韌性好，與人體親和力好。是目前人體骨骼和牙齒的重要移植材料。o 在這一領(lǐng)域，我國(guó)處于領(lǐng)先水平。 壓電陶瓷o 安放在打火機(jī)中的壓電陶瓷，一經(jīng)敲打就產(chǎn)生電火花，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。硅元素硅元素單質(zhì)硅單質(zhì)硅F2，HF，NaOH 加熱能與某加熱能與某些非金屬單些非金屬單質(zhì)反應(yīng)（質(zhì)反應(yīng)（O2、Cl2）O2二氧化硅是光導(dǎo)纖維二氧化硅是光導(dǎo)纖維的主要原料，光導(dǎo)纖的主要原料，光導(dǎo)纖維可用作通訊材料和維可用作通訊材料和