化學(xué)第6章 元素化學(xué)與無(wú)機(jī)材料（高等教學(xué)）

《化學(xué)第6章 元素化學(xué)與無(wú)機(jī)材料（高等教學(xué)）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《化學(xué)第6章 元素化學(xué)與無(wú)機(jī)材料（高等教學(xué)）（88頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)1元素化學(xué)與無(wú)機(jī)材料元素化學(xué)與無(wú)機(jī)材料第6章首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)2v 聯(lián)系物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí),了解單質(zhì)和某些化合物的熔點(diǎn)、硬度以及導(dǎo)電性等物理性質(zhì)的一般規(guī)律。本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求v 聯(lián)系化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),了解單質(zhì)氧化還原性的一般規(guī)律。v 聯(lián)系周期系和電極電勢(shì),明確某些化合物的氧化還原性和酸堿性等化學(xué)性質(zhì)的一般規(guī)律。v了解配合物的組成、命名。了解配合物價(jià)鍵理論的基本要點(diǎn)以及配合物的某些應(yīng)用。v 了解重要金屬、金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料及納米材料的特性及應(yīng)用。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)3目錄目錄6.1 單

2、質(zhì)的物理性質(zhì)單質(zhì)的物理性質(zhì)6.2 單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì) 6.3 無(wú)機(jī)化合物的物理性質(zhì)無(wú)機(jī)化合物的物理性質(zhì) 6.4 無(wú)機(jī)化合物的化學(xué)性質(zhì)無(wú)機(jī)化合物的化學(xué)性質(zhì) 6.5 配位化合物配位化合物 6.6 無(wú)機(jī)材料無(wú)機(jī)材料 首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)46.16.1 單質(zhì)的物理性質(zhì)單質(zhì)的物理性質(zhì)在目前發(fā)現(xiàn)的112種元素中，單質(zhì)的存在狀態(tài)各異，有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種。思考：思考：?jiǎn)钨|(zhì)的物理性質(zhì)主要與什么因素有關(guān)？答：?jiǎn)钨|(zhì)的物理性質(zhì)與它們的原子結(jié)構(gòu)或晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于原子結(jié)構(gòu)或晶體結(jié)構(gòu)具有一定的規(guī)律性，因此單質(zhì)的物理性質(zhì)也有一定的規(guī)律性。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)

3、56.1.1 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和硬度單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和硬度概述單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和硬度概述單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和硬度一般具有相同的變化趨勢(shì)，即熔點(diǎn)高的單質(zhì)其沸點(diǎn)一般也高，硬度也較大。第第2、3周期元素的單質(zhì)周期元素的單質(zhì)從左到右，逐漸升高，第四主族的元素最高，隨后降低；第第4、5、6周期元素的單質(zhì)周期元素的單質(zhì)從左到右，逐漸升高，第六副族的元素最高，隨后總趨勢(shì)是逐漸降低。即：高熔點(diǎn)、高硬度單質(zhì)集中在中部，其兩側(cè)較低。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)61.單質(zhì)的熔點(diǎn)圖6.1 單質(zhì)的熔點(diǎn)(C)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)72.單質(zhì)的沸點(diǎn)圖6.2 單質(zhì)的沸點(diǎn)(C)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)

4、上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)83.單質(zhì)的硬度圖6.3 單質(zhì)的硬度(莫氏)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)94.主族元素的晶體類型IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA0 H2 分子分子H2 分子分子He分子分子Li金屬金屬Be金屬金屬B近原子近原子C金剛石金剛石,原子原子 石墨石墨,層狀層狀 N2 分子分子O2 分子分子F2 分子分子Ne分子分子Na金屬金屬M(fèi)g金屬金屬Al金屬金屬Si原子原子P分子分子,層狀層狀S分子分子,鏈狀鏈狀 Cl2 分子分子Ar分子分子K金屬金屬Ca金屬金屬Ga金屬金屬Ge原子原子As分子分子,層狀層狀Se分子分子,鏈狀鏈狀 Br2 分子分子Kr分

5、子分子Rb金屬金屬Sr金屬金屬In金屬金屬Sn原子原子,金屬金屬Sb分子分子,層狀層狀Te鏈狀鏈狀I(lǐng)2 分子分子Xe分子分子Cs金屬金屬Ba金屬金屬Tl金屬金屬Pb金屬金屬Bi層狀層狀,近金屬近金屬Po金屬金屬AtRn分子分子附表6.1 主族元素的晶體類型首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)105.非金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)附圖6.1 非金屬單質(zhì)的分子和晶體結(jié)構(gòu)示意圖金屬晶體首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)11C60的發(fā)現(xiàn)圖6.5 C60結(jié)構(gòu)圖1996年年 Kroto,Smalley及及Curl三位教授因首先發(fā)現(xiàn)三位教授因首先發(fā)現(xiàn)C60而榮獲瑞典皇家科學(xué)院而榮獲瑞典皇家科學(xué)院

6、頒發(fā)的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。頒發(fā)的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。H.W.克魯托Harold W.KrotoR.E.史沫萊Richard E.SmalleyR.F.柯爾Robert F.Curl附圖6.2 發(fā)現(xiàn)C60的三位科學(xué)家首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)12碳的同素異形體金剛石：sp3 網(wǎng)格狀 硬度大石墨：sp2 片層狀 潤(rùn)滑性、導(dǎo)電性C60：類sp2 球烯 多種優(yōu)異性能附圖6.3 碳的同素異形體石墨C60金剛石首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)136.1.2 導(dǎo)電性和能帶理論1.單質(zhì)的導(dǎo)電性單質(zhì)的導(dǎo)電性金屬能三維導(dǎo)電，是電的良導(dǎo)體；許多非金屬單金屬能三維導(dǎo)電，是電的良導(dǎo)體；許多非金屬單

7、質(zhì)不能導(dǎo)電，是絕緣體；介于導(dǎo)體與絕緣體之間質(zhì)不能導(dǎo)電，是絕緣體；介于導(dǎo)體與絕緣體之間的是半導(dǎo)體，例如的是半導(dǎo)體，例如Si、Ge等。等。思考思考：?jiǎn)钨|(zhì)中最好的導(dǎo)體是誰(shuí)？答：答：Ag、Cu、Au、Al等是最好的導(dǎo)電材料。等是最好的導(dǎo)電材料。金屬的純度以及溫度等因素對(duì)金屬的導(dǎo)電性能影響相當(dāng)重要。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)14圖6.6 單質(zhì)的電導(dǎo)率(MSm-1)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)152.固體能帶理論以分子軌道理論為基礎(chǔ)。以鈉為例，兩個(gè)3s原子軌道可以組合形成兩個(gè)分子軌道：一個(gè)能量較低的成鍵分子軌道和一個(gè)能量較高的反鍵分子軌道。當(dāng)原子數(shù)目n很大時(shí)，分子軌道

8、數(shù)也很多，這些分子軌道的能級(jí)之間相差極小，形成了具有一定上限和下限的能帶，由于3s原子軌道之間的相互作用，形成3s能帶。設(shè)有1mol Na原子，按泡利不相容原理可以容納2NA個(gè)電子，而1mol Na原子只有NA個(gè)電子，只能充滿3s能帶較低的一半分子軌道，其他一半是空的。此時(shí)，3s能帶是未滿的能帶，簡(jiǎn)稱未滿帶。圖6.7 金屬鈉中原子的3s軌道能帶示意圖首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)163.能帶理論的應(yīng)用金屬晶體中存在這種未滿的能帶是金屬能金屬晶體中存在這種未滿的能帶是金屬能導(dǎo)電的根本原因。導(dǎo)電的根本原因。絕緣體的特征是價(jià)電子所處的能帶都是滿絕緣體的特征是價(jià)電子所處的能帶都是滿帶，

9、且滿帶與相鄰的空帶之間存在一個(gè)較寬帶，且滿帶與相鄰的空帶之間存在一個(gè)較寬的禁帶。的禁帶。半導(dǎo)體的能帶與絕緣體的相似，但半導(dǎo)體半導(dǎo)體的能帶與絕緣體的相似，但半導(dǎo)體的禁帶要狹窄得多。的禁帶要狹窄得多。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)17空能級(jí)電子占用能級(jí)a 導(dǎo)體 空帶禁帶滿帶b 半導(dǎo)體空帶禁帶滿帶c 絕緣體圖6.8 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶模型示意圖滿帶空帶首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)186.26.2 單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì) 單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)通常表現(xiàn)為氧化還原性單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)通常表現(xiàn)為氧化還原性 非金屬單質(zhì)的特征是化學(xué)反應(yīng)中能獲得電子而非金屬單質(zhì)的特征是化學(xué)反

10、應(yīng)中能獲得電子而表現(xiàn)出氧化性，但不少非金屬單質(zhì)有時(shí)也能表現(xiàn)表現(xiàn)出氧化性，但不少非金屬單質(zhì)有時(shí)也能表現(xiàn)出還原性。出還原性。金屬單質(zhì)最突出的性質(zhì)是它們?nèi)菀资ル娮佣饘賳钨|(zhì)最突出的性質(zhì)是它們?nèi)菀资ル娮佣憩F(xiàn)出還原性表現(xiàn)出還原性首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)196.2.1 金屬單質(zhì)的還原性思考思考1：金屬單質(zhì)的還原性主要與哪些因素有關(guān)？答：從結(jié)構(gòu)因素考慮，主要與元素的核電荷數(shù)、原子半答：從結(jié)構(gòu)因素考慮，主要與元素的核電荷數(shù)、原子半徑和最外層電子數(shù)有關(guān)。徑和最外層電子數(shù)有關(guān)。思考思考2：金屬單質(zhì)的還原性主要體現(xiàn)在哪些反應(yīng)上？金屬與氧的作用金屬與氧的作用 金屬置換氫的能力金屬置換氫的能

11、力首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)201.金屬單質(zhì)活潑性規(guī)律 同一周期同一周期在短周期中，從左到右金屬單質(zhì)的還原性逐漸減弱。在長(zhǎng)周期中的遞變情況和短周期一致，但較為緩慢，也有例外。同一族同一族自上而下主副族變化規(guī)律相反（B與相鄰的主族一致）。氧化性增強(qiáng)氧化性增強(qiáng)氧化性增強(qiáng)氧化性增強(qiáng)還原性增強(qiáng)還原性增強(qiáng)還原性增強(qiáng)還原性增強(qiáng)增強(qiáng)增強(qiáng)還原性還原性還原性增強(qiáng)不明顯還原性增強(qiáng)不明顯還原性增強(qiáng)還原性增強(qiáng)A AA AB B B 附圖6.3 金屬單質(zhì)活潑性規(guī)律首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)212.溫度對(duì)單質(zhì)活潑性的影響*化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明：在873K的高溫時(shí)，單質(zhì)與氧氣結(jié)合的

12、能力由強(qiáng)到弱的順序大致為：Ca、Mg、Al、Ti、Si、Mn、Na、Cr、Zn、Fe、H2、C、Co、Ni、Cu這一順序與常溫時(shí)單質(zhì)的活潑性遞變情況并不完全一致。溫度會(huì)影響金屬與氧氣反應(yīng)的產(chǎn)物。溫度會(huì)影響金屬與氧氣反應(yīng)的產(chǎn)物。對(duì)于氧化值可變的金屬來(lái)說(shuō)，高溫下生成低氧化值的金屬氧化物的傾向較大，而常溫下生成高氧化值的金屬氧化物的傾向較大。例如，鐵在高溫下以生成FeO為主,常溫時(shí)則以Fe2O3為主。rGm(T)r Hm(298.15K)T.r Sm(298.15K)圖6.9 一些單質(zhì)與氧氣反應(yīng)的 rGm(T)與溫度的近似關(guān)系首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)22 金屬與氧的作用過(guò)氧化物

13、和超氧化物都是固體儲(chǔ)氧物質(zhì)，它們與水反應(yīng)會(huì)過(guò)氧化物和超氧化物都是固體儲(chǔ)氧物質(zhì)，它們與水反應(yīng)會(huì)放出氧氣，又可吸收放出氧氣，又可吸收CO2并產(chǎn)生并產(chǎn)生O2氣，所以氣，所以較易制備的較易制備的KO2常用于急救器或裝在防毒面具中常用于急救器或裝在防毒面具中:s區(qū)金屬與空氣作用生成正常的氧化物，也生成部分過(guò)氧化物(Li、Be、Mg除外)，在純氧氣中生成過(guò)氧化物。K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba等在過(guò)量的氧氣中燃燒可以生成超氧化物。2Na2O2(s)+2CO2(g)=2Na2CO3(s)+O2(g)4KO2(s)+2H2O(g)=3O2(g)+4KOH(s)4KO2(s)+2CO2(g)=2K2CO3+3

14、O2(g)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)23 金屬與氧的作用（續(xù)）p區(qū)金屬元素中只有Al比較活潑，能在空氣中與氧反應(yīng)，但生成致密的氧化膜。d區(qū)元素也比較不活潑，第四周期元素除Cu外可以與氧反應(yīng)，但Cr、Zn也形成致密的氧化膜。思考思考：副族元素與氧反應(yīng)的活潑性遞變規(guī)律同主族元素相比，有何不同？答：同一周期：活潑性遞變規(guī)律基本一致，但副族元素的變答：同一周期：活潑性遞變規(guī)律基本一致，但副族元素的變化很小，性質(zhì)比較類似?；苄?，性質(zhì)比較類似。同一族：主族元素隨周期數(shù)增加而增加；同一族：主族元素隨周期數(shù)增加而增加；副族元素（除副族元素（除Sc副族）隨周期數(shù)增加而降低。副族）隨周期數(shù)增

15、加而降低。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)243.金屬的溶解 s區(qū)金屬與水劇烈反應(yīng)，置換出水中的氫。區(qū)金屬與水劇烈反應(yīng)，置換出水中的氫。p區(qū)金屬區(qū)金屬(除除銻銻、鉍外、鉍外)和第四周期副族金屬和第四周期副族金屬(銅除外銅除外)的電極的電極電勢(shì)比氫低，可以與鹽酸和稀硫酸反應(yīng)。電勢(shì)比氫低，可以與鹽酸和稀硫酸反應(yīng)。d區(qū)第五和第六周期金屬的電極電勢(shì)比氫高，只能與氧化性區(qū)第五和第六周期金屬的電極電勢(shì)比氫高，只能與氧化性的酸的酸(濃硫酸、濃硝酸、王水等濃硫酸、濃硝酸、王水等)反應(yīng)。反應(yīng)。鈮、鉭、釕、銠、鋨、銥等不能溶于王水，可以溶于濃硫鈮、鉭、釕、銠、鋨、銥等不能溶于王水，可以溶于濃硫酸和氫

16、氟酸的混合酸。酸和氫氟酸的混合酸。p區(qū)金屬中的鋁、鎵、錫、鉛等可以溶解于氫氧化鈉。區(qū)金屬中的鋁、鎵、錫、鉛等可以溶解于氫氧化鈉。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)254.金屬的鈍化金屬在空氣中會(huì)自動(dòng)氧化生成具有較強(qiáng)保護(hù)作用金屬在空氣中會(huì)自動(dòng)氧化生成具有較強(qiáng)保護(hù)作用的氧化膜，稱為金屬的鈍化。最易產(chǎn)生鈍化作用的氧化膜，稱為金屬的鈍化。最易產(chǎn)生鈍化作用的有的有Al、Cr、Ni和和Ti以及含有這些金屬的合金以及含有這些金屬的合金。金屬的鈍化必須滿足兩個(gè)條件：金屬所形成的氧化膜在金屬表面必須是連續(xù)的，即所生成的氧化物的體積必須大于金屬原有的體積。氧化膜的結(jié)構(gòu)致密，而且具有較高的穩(wěn)定性，氧化膜

17、與金屬的熱膨脹系數(shù)相差不能太大。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)266.2.2 非金屬單質(zhì)的氧化還原性 較活潑的非金屬單質(zhì)如較活潑的非金屬單質(zhì)如F2、O2、Cl2、Br2具有強(qiáng)氧化性，具有強(qiáng)氧化性，常用作氧化劑。常用作氧化劑。5Cl2+I2+6H2O=10Cl+2IO3+12H+較不活潑的非金屬單質(zhì)如較不活潑的非金屬單質(zhì)如C、H2、Si常用做還原劑，如：常用做還原劑，如：C+2H2SO4(濃)=CO2(g)+2SO2(g)+2H2O3Si+18HF+4HNO3=3H2SiF6+4NO(g)+8H2OSi+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(g)一些不活潑的非金屬單質(zhì)如稀有

18、氣體、一些不活潑的非金屬單質(zhì)如稀有氣體、N2等通常不與等通常不與其他物質(zhì)反應(yīng)，常用做惰性介質(zhì)保護(hù)氣體其他物質(zhì)反應(yīng)，常用做惰性介質(zhì)保護(hù)氣體。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)27值得注意的問(wèn)題：歧化反應(yīng)歧化反應(yīng)有些非金屬單質(zhì)既具有氧化性又具有還原性，其Cl2、Br2、I2、P4、S8等能發(fā)生岐化反應(yīng)。Cl2+H2O=HCl+HClOCl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O溴和碘在氫氧化鈉中傾向于生成溴酸鈉和碘酸鈉：Br2+6NaOH=5NaBr+NaBrO3+3H2O次氯酸鈉次氯酸鈉次氯酸鈉可以釋放出原子氯，后者有極強(qiáng)的殺菌和漂白作用。因此廣泛地用作消毒液和漂白劑。次氯酸鈉在

19、工業(yè)上用作氧化劑，可以將芳酮氧化為羧酸：ArCOCH3+NaOCl=ArCOONa+CH3Cl 首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)282.離子型氫化物活潑性極強(qiáng)的堿金屬和堿土金屬可以與氫氣發(fā)生反應(yīng)生成離子型氫化物：2Na+H2=2NaHCa+H2=CaH2氫化物可分為共價(jià)型（如HCl)，金屬型、離子型等。離子型氫化物可以釋放原子態(tài)氫，在工業(yè)上作為強(qiáng)還原劑用于還原醛、酮、酯等羰基化合物。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)296.36.3 無(wú)機(jī)化合物的物理性質(zhì)無(wú)機(jī)化合物的物理性質(zhì)無(wú)機(jī)化合物種類繁多，情況比較復(fù)雜。這里依照元素的周期性規(guī)律和物質(zhì)結(jié)構(gòu)，尤其是晶體結(jié)構(gòu)理論為基礎(chǔ)，

20、討論具有代表性的氯化物和氧化物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等物理性質(zhì)以及規(guī)律。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)306.3.1 氯化物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和極化理論氯化物是指氯與電負(fù)性比氯小的元素所組成的二元化合物。氯化物是指氯與電負(fù)性比氯小的元素所組成的二元化合物。氯化物概述氯化物概述NaCl、KCl、BaCl2等離子型氯化物熔點(diǎn)較高、穩(wěn)定性好的氯化物氯化物在熔融狀態(tài)可用作高溫介質(zhì)(鹽浴劑)，CaF2、NaCl、KCl等可以用作紅外光譜儀的棱鏡。過(guò)渡型的無(wú)水氯化物無(wú)水氯化物如AlCl3、ZnCl2、FeCl3等可以在極性有機(jī)溶劑中溶解，常用作烷基化反應(yīng)或?；磻?yīng)的催化劑。性質(zhì)較穩(wěn)定的無(wú)無(wú)水氯化物水氯化

21、物如CaCl2等常用作干燥劑。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)311.氯化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)氯化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)大致分為三種情況：活潑金屬的氯化物如NaCl、KCl、BaCl2等是離子晶體,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高 非金屬的氯化物如PCl3、CCl4、SiCl4等是分子晶體，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)都很低 位于周期表中部的金屬元素的氯化物如AlCl3、FeCl3、CrCl3、ZnCl2等是過(guò)渡型氯化物,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)介于兩者之間首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)32氯化物熔點(diǎn)表6.2 氯化物的熔點(diǎn)(單位為C)注1：IBVB，IAIVA族價(jià)態(tài)與族數(shù)相同；VIA族為四氯化物，VIB、VA族為三氯化物。VI

22、IB和VIII族為二氯化物。注2：Tl、Pb、Bi分別為+1、+2、+3價(jià)。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)33IAHCl-84.9IIAIIIAIVAVAVIALiCl1342BeCl2520BCl312.5CCl476.8NCl31600ScCl3825sTiCl4136.4VCl4148.5CrCl31300sMnCl21190FeCl3315dCoCl21049NiCl2973sCuCl2933dCuCl1490ZnCl2732GaCl3201.3GeCl484AsCl3130.2SeCl4288dRbCl1390SrCl21250YCl31507ZrCl4331sNbC

23、l5254MoCl5268RhCl2800sAgCl1550CdCl2960InCl3600SnCl4114.1SbCl3283TeCl4380CsCl1290BaCl21560LaCl31000HfCl4319sTaCl5242WCl6346.7WCl5275.6ReCl4500AuCl3265sAuCl289.5dHgCl2302TlCl720PbCl4105dPbCl2950BiCl3447表6.3 氯化物的沸點(diǎn)(單位為C)s表示升華;d表示分解；LiCl，ScCl3的數(shù)據(jù)有一個(gè)溫度范圍，本表取平均值。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)342.離子極化理論及應(yīng)用*把組成化合物

24、的原子看作球形的正、負(fù)離子，正、負(fù)電荷的中心重合于球心。在外電場(chǎng)的作用下，離子中的原子核和電子會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，離子就會(huì)變形，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，這種過(guò)程叫做離子極化。事實(shí)上離子都帶電荷，所以離子本身就可以產(chǎn)生電場(chǎng)，使帶有異號(hào)電荷的相鄰離子極化。圖6.10 離子極化作用示意圖首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)35離子極化的結(jié)果，使正、負(fù)離子之間發(fā)生了額外的吸引力，甚至有可能使兩個(gè)離子的軌道或電子云產(chǎn)生變形而導(dǎo)致軌道的相互重疊，趨向于生成極性較小的鍵（如下圖），即離子鍵向共價(jià)鍵轉(zhuǎn)變。因而，極性鍵可以看成是離子鍵向共價(jià)鍵過(guò)渡的一種形式。圖6.11 離子鍵向共價(jià)鍵轉(zhuǎn)變的示意圖首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一

25、頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)36影響離子極化作用的重要因素*v 極化力極化力（離子使其他離子極化而發(fā)生變形的能力）離子的極化力決定于它的電場(chǎng)強(qiáng)度，主要取決于：離子的電荷離子的電荷 電荷數(shù)越多，極化力越強(qiáng)。離子的半徑離子的半徑 半徑越小，極化力越強(qiáng)。如 Mg2+Ba2+離子的外層電子構(gòu)型離子的外層電子構(gòu)型 8電子構(gòu)型(稀有氣體原子結(jié)構(gòu))的離子(如Na+、Mg2+)極化力弱，917電子構(gòu)型的離子(如Cr3、Mn2、Fe2、Fe3+)以及18電子構(gòu)型的離子(如Ag、Zn2+等)極化力較強(qiáng)。如 Ag Na+首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)37v 離子變形性離子變形性(離子可以被極化的程度)

26、離子變形性大小與離子的結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要取決于：離子的電荷離子的電荷:隨正電荷的減少或負(fù)電荷的增加，變形性增大。Si4+Al3+Mg2+Na+F-O2-離子的半徑離子的半徑:隨半徑的增大，變形性增大。F-Cl-Br-I-；O2-S2-離子的外層電子構(gòu)型離子的外層電子構(gòu)型:18、917等電子構(gòu)型的離子變形性較大，具有稀有氣體外層電子構(gòu)型的離子變形性小。K+Ag+；Ca2+1的硅酸稱為多硅酸。硅酸凝膠就是多硅酸，受熱能完全脫水，轉(zhuǎn)變成SiO2。若將其中大部分水脫去，可得白色透明固體，稱為硅膠。硅膠的比表面積非常大(800900m2/g)，可用作吸附劑、干燥劑和催化劑載體。經(jīng)CoCl2處理可得變色硅膠，

27、是常用的干燥劑。當(dāng)藍(lán)色變成粉紅色時(shí)，就要進(jìn)行再生處理，方可恢復(fù)吸濕能力。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)546.5 配位化合物配位化合物配位化學(xué)是無(wú)機(jī)化學(xué)的配位化學(xué)是無(wú)機(jī)化學(xué)的一個(gè)重要研究方向。由一個(gè)重要研究方向。由于配位化學(xué)與生命科學(xué)于配位化學(xué)與生命科學(xué)的結(jié)合，以及具有特殊的結(jié)合，以及具有特殊功能配合物的良好前景功能配合物的良好前景等，使配位化學(xué)獲得很等，使配位化學(xué)獲得很大的發(fā)展。大的發(fā)展。附圖6.4 Cu(DABT)Cl2配合物的分子結(jié)構(gòu)(70K以下呈鐵磁性質(zhì)),配體DABT為2,2-二氨基-4,4-聯(lián)噻唑的簡(jiǎn)稱配位化學(xué)的研究

28、對(duì)象配位化學(xué)的研究對(duì)象是配位化合物，也稱是配位化合物，也稱為配合物。為配合物。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)556.5.1 配位化合物的組成和結(jié)構(gòu)配位化合物的組成和結(jié)構(gòu)配合物是由中心離子(或中心原子)通過(guò)配位鍵與配位體形成的化合物。根據(jù)配位體的不同，配合物分為簡(jiǎn)單配合物和特殊配合物兩類。簡(jiǎn)單配合物簡(jiǎn)單配合物由單齒配體和中心離子(或中心原子)配位的配合物稱為簡(jiǎn)單配合物。特殊配合物特殊配合物配位體中至少有一個(gè)多齒配體和中心離子(或中心原子)配位形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物稱為螯合物。還有中性金屬原子為配合物形成體,CO為配體的羰合物。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)561.簡(jiǎn)

29、單配合物簡(jiǎn)單配合物以Cu(NH3)4 SO4 為例，金屬離子 Cu2+為中心離子(又稱為配離子的形成體)。在它周圍直接配位著四個(gè)NH3配位體(能提供配位體的物質(zhì)稱為配位劑)。在配位體中，與中心原子直接相結(jié)合的原子叫做配原子(如NH3中N)。與中心離子直接相結(jié)合的配位原子的總數(shù)是配位數(shù)。在Cu(NH3)4 2+中,Cu2+離子的配位數(shù)為4。Cu2+NH3NH3H3NH3N附圖6.5 Cu(NH3)42+離子的結(jié)構(gòu)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)572.特殊配合物特殊配合物（螯合物和羰合物）每一個(gè)配位體只能提供一每一個(gè)配位體只能提供一 個(gè)配個(gè)配位原子的配位體稱為單齒配體，位原子的配位

30、體稱為單齒配體，而含有兩個(gè)或兩個(gè)以上配位原而含有兩個(gè)或兩個(gè)以上配位原子的配位體稱為多齒配體。能子的配位體稱為多齒配體。能提供多齒配體的物質(zhì)稱為螯合提供多齒配體的物質(zhì)稱為螯合劑。由多齒配體形成的環(huán)狀結(jié)劑。由多齒配體形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物稱為構(gòu)的配合物稱為螯合物螯合物，如，如Cu(en)22+。附圖6.6 Cu(en)22+的結(jié)構(gòu)如果配位化合物的形成體是中性原子，如果配位化合物的形成體是中性原子，配位體是配位體是CO分子，這類分子，這類配合物稱為配合物稱為羰合物羰合物。如。如Ni(CO)4,Fe(CO)5。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)583.價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論v 基本要點(diǎn)基本要點(diǎn)在

31、形成配位化合物時(shí)，中心離子所提供的空軌道進(jìn)行雜化，形成多種具有一定方向的雜化軌道，從而使配合物具有一定空間構(gòu)型。中心離子中心離子中心離子（或原子）有空的價(jià)電子軌道可接受由配位體的配原子提供的孤對(duì)電子而形成配位鍵。配位體配位體配位體的配位原子必須有孤對(duì)電子可提供，常見的配位原子有C、N、S、O、F、Cl、Br、I等。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)59空間構(gòu)型空間構(gòu)型配位數(shù)配位數(shù) 雜化軌道雜化軌道 空間構(gòu)型空間構(gòu)型實(shí)例實(shí)例2sp 直線形直線形Ag(NH3)2+,AuCl24sp3四面體形四面體形Zn(NH3)42+,Cu(CN)42-,HgI42,Ni(CO)4dsp2平面四邊形平

32、面四邊形Ni(CN)42-,Cu(NH3)42+,AuCl4,PtCl426d2sp3正八面體正八面體Fe(CN)63,PtCl62,Cr(CN)63sp3d2FeF63,Cr(NH3)63+,Ni(NH3)62+表6.8 配合物的雜化軌道與空間構(gòu)型首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)606.5.2 配位化合物的命名配位化合物的命名 配離子命名配離子命名配位體名稱列在中心離子(或中心原子)之前，用“合”字將二者聯(lián)在一起。每種配位體前用二、三、四等數(shù)字表示配位體數(shù)目。對(duì)較復(fù)雜的配位體則將配位體均寫在括號(hào)中，以避免混淆。在中心離子之后用帶括號(hào)的羅馬字表示其氧化值。例如：Ag(NH3)2+

33、命名為二氨合銀(I)配離子。若配體不止一種，不同配體名稱之間以中圓點(diǎn)“”分開。配體列出的順序按如下規(guī)定：o 無(wú)機(jī)配體先于有機(jī)配體o 無(wú)機(jī)配體中，先負(fù)離子后中性分子o 同類配體的名稱，按配原子元素符號(hào)的英文字母順序排列首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)61 配合物命名配合物命名服從一般化合物的命名原則。若與配位陽(yáng)離子結(jié)合的負(fù)離子是簡(jiǎn)單酸根,則該配合物叫做“某化某”；若與配合物陽(yáng)離子結(jié)合的負(fù)離子是復(fù)雜酸根如SO42-、Ac-等叫做“某酸某”。若配合物含有配陰離子（即配離子是負(fù)離子），則配陰離子后加“酸”字，也叫做“某酸某”首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)62配合物命名示例

34、配合物命名示例Ag(NH3)2Cl氯化二氨合銀(I)Cu(en)2SO4硫酸二(乙二胺)合銅(II)HAuCl4四氯合金(III)酸K3Fe(CN)6六氰合鐵(III)酸鉀KPtCl3(C2H4)三氯乙烯合鉑(II)酸鉀CoCl(NH3)3(H2O)2Cl2二氯化一氯三氨二水合鈷(III)Co2(CO)8八羰合二鈷首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)636.5.3 配合物及配位化學(xué)的應(yīng)用配合物及配位化學(xué)的應(yīng)用配合物及其配位化學(xué)在以下幾個(gè)方面有非常廣泛的應(yīng)用。v 離子的定性鑒定離子的定性鑒定v 電鍍工業(yè)電鍍工業(yè)v 冶金工業(yè)冶金工業(yè)v 生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè)

35、 末頁(yè)末頁(yè)641.離子的定性鑒定離子的定性鑒定濃氨水鑒定Cu2 Cu(NH3)42+（深藍(lán)色）KSCN鑒定Fe3Fe(SCN)2+（血紅色）K3Fe(CN)6鑒定Fe2 Fe3Fe(CN)62（滕氏藍(lán)沉淀）K4Fe(CN)6鑒定Fe3 Fe4Fe(CN)63（普魯士藍(lán)沉淀）近代通過(guò)結(jié)構(gòu)分析普魯士藍(lán)和滕氏藍(lán)為組成和結(jié)構(gòu)相同的同一種物質(zhì)，分子式為 KFe Fe(CN)6H2O首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)65 利用螯合劑與某些金屬離子生成有色難溶的螯合物，作為檢驗(yàn)這些離子的特征反應(yīng)。例如丁二肟是Ni2的特效試劑，它與Ni作用，生成鮮紅色的二(丁二肟)合鎳內(nèi)配鹽。附圖6.7 二(丁二

36、肟)合鎳配合物的結(jié)構(gòu)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)662.電鍍工業(yè)方面電鍍工業(yè)方面在電鍍銅工藝中，一般不直接用CuSO4溶液作電鍍液，而常加入配位劑焦磷酸鉀(K2P2O7)，使形成Cu(P2O7)26-配離子。電鍍液中存在下列平衡：Cu(P2O7)26=Cu2+2P2O74Cu2+的濃度降低，在鍍件(陰極)上Cu的析出電勢(shì)代數(shù)值減小，同時(shí)析出速率也可得到控制，從而有利于得到較均勻、較光滑、附著力較好的鍍層。在電鍍工藝中，為了使金屬離子保持恒定的低濃度水平。一般利用配合物的特性使金屬離子形成配離子。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)673.冶金工業(yè)方面冶金工業(yè)方面用合

37、適的配位體溶液直接把金屬?gòu)牡V物中浸取出來(lái)，再用適當(dāng)?shù)倪€原劑將配合物還原為金屬。也稱為濕法冶金。例如鎳的提取鎳的提?。篘iS+6NH3 Ni(NH3)62+S2Ni(NH3)42+H2 Ni(粉)+2NH4+4NH3加壓加壓又如廢舊材料中金的回收廢舊材料中金的回收4Au+8CN+2H2O+O2 4Au(CN)2+4OH2Au(CN)2+Zn 2Au+Zn(CN)42首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)684.生物醫(yī)學(xué)方面生物醫(yī)學(xué)方面例如以Mg2+為中心的大環(huán)配合物葉綠素能進(jìn)行光合作用，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。以Fe2為中心的卟啉配合物血紅素能輸送O2，而煤氣中毒是因?yàn)檠t素中的Fe2與C

38、O生成了更穩(wěn)定的配合物而失去了運(yùn)輸O2的功能。能固定空氣中N2的植物固氮酶是鐵和鉬蛋白質(zhì)配合物。鉛中毒主要損害神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和腎臟。我國(guó)兒童鉛中毒比例很高。在醫(yī)藥方面，順鉑Pt(NH3)2Cl2具有抗癌的作用，EDTA的鈣鈉鹽是排除人體內(nèi)Hg、Pb、Cd等有毒金屬和U、Th、Pu等放射性元素的高效解毒劑等等。Pb 2+Ca(edta)2-=Pb(edta)2-+Ca 2+附圖6.8 順鉑的結(jié)構(gòu)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)696.6 無(wú)機(jī)材料無(wú)機(jī)材料材料是人類賴以生存和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料發(fā)展的歷史反映了人類社會(huì)發(fā)展的文明史。新材料的研究和開發(fā)已被認(rèn)為是當(dāng)今社會(huì)發(fā)

39、展的三大支柱之一。材料的品種繁多，材料的分類方法主要有兩種。根據(jù)用途結(jié)構(gòu)材料：以強(qiáng)度為特征，如建筑、構(gòu)件功能材料：以光、電、磁、熱等性能為特征的材料化學(xué)組成金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料復(fù)合材料首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)706.6.1 金屬和合金材料金屬和合金材料金屬材料的優(yōu)點(diǎn)：金屬材料的優(yōu)點(diǎn)：良好的導(dǎo)電、傳熱性、高的機(jī)械強(qiáng)度，較為廣泛的溫度使用范圍，良好的機(jī)械加工性能等。金屬材料的缺點(diǎn)：金屬材料的缺點(diǎn)：易被腐蝕和難以滿足高新技術(shù)更高溫度的需要。思考思考：911事件中紐約世貿(mào)大廈坍塌的原因？合金鋼強(qiáng)度經(jīng)得起12級(jí)臺(tái)風(fēng)、各種龍卷風(fēng)的襲擊，也耐得住地震、雷電或爆炸的侵?jǐn)_。

40、但其優(yōu)良的導(dǎo)熱性，使他經(jīng)不起高溫，整體變軟，促成大廈迅速倒塌。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)711 合金的基本結(jié)構(gòu)類型合金的基本結(jié)構(gòu)類型 金屬固溶體金屬固溶體一種溶質(zhì)元素（金屬或非金屬）原子溶解到另一種溶劑金屬元素（較大量的）的晶體中形成一種均勻的固態(tài)溶液，這類合金稱為金屬固溶體。金屬固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。例如釩、鉻、錳、鎳和鈷等元素與鐵都能形成置換固溶體；而氫、硼、碳和氮與許多副族金屬元素能形成間隙固溶體。(a)純金屬溶質(zhì)原子溶劑原子圖6.12 金屬固溶體晶格示意圖(b)置換固溶體(c)間隙固溶體首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)72 金屬化合物金屬

41、化合物當(dāng)合金中加入的溶質(zhì)原子數(shù)量超過(guò)了溶劑金屬的溶解度時(shí)，除能形成固溶體外,同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)新的相，這第二相可以是另一種組分的固溶體，而更常見的是形成金屬化合物。金屬化合物種類很多，從組成元素來(lái)說(shuō)可以由金屬元素與金屬元素，也可以由金屬元素和非金屬元素組成。前者如Mg2Pb、CuZn 等；后者如硼、碳和氮等非金屬元素與d區(qū)金屬元素形成的化合物，分別稱為硼化物、碳化物、氮化物等。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)73碳化物碳化物碳能和大多數(shù)元素形成化合物。碳與電負(fù)性比碳小的元素形碳能和大多數(shù)元素形成化合物。碳與電負(fù)性比碳小的元素形成的二元化合物，除碳?xì)浠衔锿?，稱為碳化物。成的二元化合物，

42、除碳?xì)浠衔锿?，稱為碳化物。離子型碳化物離子型碳化物指活潑金屬的碳化物，如碳化鈣(CaC2)，熔點(diǎn)較高(2300)，工業(yè)產(chǎn)品叫電石。共價(jià)型碳化物共價(jià)型碳化物非金屬硅和硼的碳化物，如碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)。熔點(diǎn)高(分別為2827、2350)、硬度大，為原子晶體。金屬型碳化物金屬型碳化物由碳與鈦、鋯、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、錳、鐵等d區(qū)金屬形成，例如WC、Fe3C等。這類碳化物的共同特點(diǎn)是具有金屬光澤，能導(dǎo)電導(dǎo)熱，熔點(diǎn)高，硬度大，但脆性也大。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)742 輕質(zhì)合金輕質(zhì)合金輕質(zhì)合金是由鎂、鋁、鈦、鋰等輕金屬形成的合金。輕質(zhì)合金是由鎂、鋁、鈦、鋰等輕金屬

43、形成的合金。主要優(yōu)點(diǎn)是密度小，在交通運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。鋁合金鋁合金在鋁中加入鎂、銅、鋅、錳形成鋁合金。鋁銅鎂合金稱為硬鋁，鋁鋅鎂銅合金稱為超強(qiáng)硬鋁(其強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋼)。這些鋁合金相對(duì)密度小、強(qiáng)度高、易成型，廣泛用于飛機(jī)制造業(yè)。鈦合金鈦合金鈦中加入鋁、釩、鉻、鉬、錳等形成鈦合金。鈦合金具有密度小、強(qiáng)度高、抗磁性、耐高溫、耐海水腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。是制造飛機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，人造衛(wèi)星外殼，宇宙飛船船艙、潛艇等的重要結(jié)構(gòu)材料。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)753 耐熱合金與低熔合金耐熱合金與低熔合金耐熱合金耐熱合金主要是第VVII 副族元素和VIII族高熔點(diǎn)元素形成的合金。應(yīng)用最多的

44、有鐵基、鎳基和鈷基合金。它們廣泛地用來(lái)制造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、各種燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件，渦輪工作葉片、渦輪盤、燃燒室等。低熔合金低熔合金常用的低熔金屬及其合金元素有汞、錫、鉛和鉍等。汞常用做溫度計(jì)、氣壓計(jì)中的液柱，也可做恒溫設(shè)備中的電開關(guān)接觸液。汞容易與很多種金屬形成合金。鉍的某些合金可應(yīng)用于自動(dòng)滅火設(shè)備、鍋爐安全裝置以及信號(hào)儀表等，還可用作原子能反應(yīng)堆的冷卻劑。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)764 形狀記憶合金形狀記憶合金形狀記憶合金有一個(gè)特殊的轉(zhuǎn)變溫度，在轉(zhuǎn)變溫度以下，金屬晶體結(jié)構(gòu)處于一種不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)，在轉(zhuǎn)變溫度以上，金屬結(jié)構(gòu)是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)。一旦把它加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上，不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

45、就轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定結(jié)構(gòu)，合金就恢復(fù)了原來(lái)的形狀。用鎳鈦形狀記憶合金制成管接口，在使用溫度下加工的管接口內(nèi)徑比外管徑略小，安裝時(shí)在低溫下將其機(jī)械擴(kuò)張，套接完畢在室溫下放置，由于接口恢復(fù)原狀而使接口非常緊密。這種管子固定法在F14型戰(zhàn)斗機(jī)油壓系統(tǒng)的接頭及在海底輸送管的接口固接均有很成功的實(shí)例。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)775 非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金熔融狀態(tài)的合金緩慢冷卻得到的是晶態(tài)合金，從熔融的液態(tài)到晶態(tài)需要時(shí)間使原子排列有序化。如果將熔融狀態(tài)的合金以超高速急冷的方法使其凝固，不給原子有序化排列的時(shí)間，瞬間冷凍后其內(nèi)部原子仍然保持著液態(tài)時(shí)的那種基本無(wú)序的狀態(tài)，稱為非晶態(tài)合金，也稱金屬玻

46、璃。高強(qiáng)度、高硬度和高韌性可以在非晶態(tài)合金身上達(dá)到較好的統(tǒng)一，因?yàn)榻M成非晶態(tài)合金的兩種原子間有很強(qiáng)的化學(xué)鍵，使得合金的強(qiáng)度很大。同時(shí)合金中原子犬牙交錯(cuò)不規(guī)則排列使得它具有較好的韌性。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)786.6.2 無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 無(wú)機(jī)非金屬材料的分類和特點(diǎn)無(wú)機(jī)非金屬材料的分類和特點(diǎn)主要有傳統(tǒng)的硅酸鹽材料和新型無(wú)機(jī)材料等。前者主要指陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、磚瓦、搪瓷等以天然硅酸鹽為原料的制品(這些制品稱為傳統(tǒng)陶瓷)。新型無(wú)機(jī)材料是用人工合成方法制得的材料，包括氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等化合物(這些材料又稱為精細(xì)陶瓷或特種陶瓷)以及一些

47、非金屬單質(zhì)如碳、硅等。無(wú)機(jī)材料的主要特點(diǎn)是耐高溫、抗氧化、耐磨、耐腐蝕和硬度大，而脆性是其不足。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)791 耐熱高溫結(jié)構(gòu)材料耐熱高溫結(jié)構(gòu)材料 氮化硅氮化硅 Si3N4組成氮化硅的兩種元素的電負(fù)性相近，屬?gòu)?qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合的原子晶體，所以氮化硅的硬度高（耐磨損）、熔點(diǎn)高（耐高溫）、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、絕緣性能好，故是制造高溫燃?xì)廨啓C(jī)的理想材料。缺陷是抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度偏低，容易發(fā)生脆性斷裂。氮化硼氮化硼 BN氮化硼（金剛石型）屬?gòu)?qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合，兼有許多優(yōu)良性能，不但耐高溫，耐腐蝕、高導(dǎo)熱、高絕緣，還可以很容易地進(jìn)行機(jī)械加工，是一種理想的高溫導(dǎo)熱絕緣材料，也是既硬又韌的超硬材料

48、。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)802 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 半導(dǎo)體材料的分類半導(dǎo)體材料的分類按化學(xué)組成，半導(dǎo)體可以分為單質(zhì)半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體，按半導(dǎo)體是否含有雜質(zhì)又可分為本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體。電子 空穴(一個(gè)電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，從而在價(jià)帶中留下一個(gè)空穴)圖6.13 半導(dǎo)體兩類載流子示意圖由于半導(dǎo)體禁帶較窄，不要太多的能量就可以使?jié)M帶中的電子激發(fā)躍遷到空帶，并在滿帶留下空穴。滿帶中的其它電子移動(dòng)到空穴又產(chǎn)生新的空穴。在外電場(chǎng)作用下，電子和空穴都可以定向地移動(dòng)。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)813 超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料有些物質(zhì)在某特定的溫度以下，其導(dǎo)電率將突然增

49、至無(wú)窮大，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性。Bednorz和Mller因發(fā)現(xiàn)La-Ba-Cu-O氧化物（Tc=30K)超導(dǎo)體，榮獲1987年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。J.G.貝德諾茲Johannes G.BednorzK.A.穆勒Karl A.Mller目前已發(fā)現(xiàn)30種單質(zhì)，8000余種金屬、合金、化合物具有超導(dǎo)性。20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)高溫超導(dǎo)材料的研究和應(yīng)用方面一直居世界前列。附圖6.9 首先報(bào)道超導(dǎo)材料的科學(xué)家首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)821987年 趙忠賢等發(fā)現(xiàn)了組成為YBa2Cu3O7-的超導(dǎo)材料，相變溫度Tc=93K。1993年，中-瑞合作開發(fā)得到Hg-Ba-Cu-O，其相變溫度

50、達(dá)到133.5K。附圖6.10 YBa2Cu3O7-的晶體結(jié)構(gòu)人們發(fā)現(xiàn)C60分子與堿金屬K、Rb、Cs等形成的AxC60也具有超導(dǎo)性質(zhì)，AxC60是球形結(jié)構(gòu)，屬三維超導(dǎo)體。而上述的混合金屬氧化物是層狀結(jié)構(gòu)，屬二維超導(dǎo)體。目前已研制出K3C60、Rb3C60、RbCs2C60、RbTl2C60等，其Tc分別為18K、28K、33K、48K。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)83據(jù)科技日?qǐng)?bào)2001年12月3日?qǐng)?bào)道，隨著三條各長(zhǎng)1000米的高溫超導(dǎo)線材的出爐，標(biāo)志著我國(guó)第一條鉍系高溫超導(dǎo)線材生產(chǎn)線正式建成投產(chǎn)，從而使我國(guó)成為世界上為數(shù)不多的具有高溫超導(dǎo)線材生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力的國(guó)家之

51、一。同時(shí)，也使具有我國(guó)自主產(chǎn)權(quán)的超導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)品在我國(guó)的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。該產(chǎn)品單根線材可通過(guò)的電流達(dá)43安培，工程臨界電流密度達(dá)到6000安培每平方厘米以上。該生產(chǎn)線目前年生產(chǎn)能力為200公里。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)844.光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱光纖，以傳光和傳像為目的的一種光波傳導(dǎo)介質(zhì)。光導(dǎo)纖維的最大應(yīng)用是激光通訊，它具有信息容量大、重量輕、抗干擾、保密性好等優(yōu)點(diǎn)。附圖6.13 光導(dǎo)纖維首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)856.6.3 納米材料和納米碳管納米材料和納米碳管 納米材料納米材料納米科技就是在1100nm范圍內(nèi)研究原子、分子的結(jié)構(gòu)，通過(guò)直接操作和

52、安排原子、分子將其組裝成具有特定功能和結(jié)構(gòu)的一門高新技術(shù)。納米材料應(yīng)用廣泛，如美國(guó)制成的GaN和ZnO納米導(dǎo)線，能發(fā)出紫外光，這對(duì)制造“單片實(shí)驗(yàn)室”非常有用。它可用于快速和低成本地分析醫(yī)學(xué)、環(huán)境和其他樣品。納米碳管納米碳管1990年，瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)管狀結(jié)構(gòu)的碳分子，稱為碳納米管。它由六元環(huán)形的碳原子組成的管狀大分子，管的直徑為零點(diǎn)幾到幾十納米，管長(zhǎng)為幾十納米到1微米。碳納米管由幾個(gè)到幾十個(gè)單層碳管同軸套構(gòu)成，相鄰管徑向間距為0.34nm。碳納米管有許多優(yōu)異性能。如強(qiáng)度比鋼高100倍，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等。附圖6.14 納米碳管結(jié)構(gòu)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)86納米材料

53、的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)納米材料的表面效應(yīng)和體積效應(yīng) 表面效應(yīng)表面效應(yīng)指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。主要表現(xiàn)：因表面原子所占比例大，吸附能力強(qiáng)，表面反應(yīng)活性高；表面活性中心數(shù)多，催化效率高。體積效應(yīng)體積效應(yīng)指納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的波長(zhǎng)相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、光吸收、化學(xué)活性、催化活性和熔點(diǎn)等較普通粒子發(fā)生了很大的變化。主要表現(xiàn)：熔點(diǎn)降低；活性表面的出現(xiàn)等。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)87選讀材料選讀材料 稀土金屬稀土金屬鑭系元素與鈧、釔一起共17種元素統(tǒng)稱為稀土元素。稀土元素。稀土元素稀土元素是我國(guó)的豐

54、產(chǎn)元素，其儲(chǔ)量大于世界其它國(guó)家的總和。稀土元素稀土元素有鑭系收縮鑭系收縮現(xiàn)象。在化合物中表現(xiàn)的氧化值一般是+3。稀土金屬用途廣泛：稀土金屬用途廣泛：1.做合金的脫氧劑、脫硫劑；2.做催化劑；3.做貯氫材料；4.做高溫超導(dǎo)材料；5.做發(fā)光材料；6.做永磁材料。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)88本章小結(jié)本章小結(jié) 了解單質(zhì)和某些化合物的熔點(diǎn)、硬度以及導(dǎo)電性等物理性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，并呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。了解金屬單質(zhì)的還原性和非金屬單質(zhì)氧化還原性的一般規(guī)律與元素在周期表中的位置密切相關(guān)。明確某些化合物的氧化還原性和酸堿性等化學(xué)性質(zhì)的一般規(guī)律。如KMnO4、K2CrO7、NaNO2、H2O2等的氧化還原性與產(chǎn)物規(guī)律；氧化物及其水合物的酸堿性規(guī)律；氯化物及硅酸鈉與水反應(yīng)的規(guī)律。了解配合物的組成、命名和價(jià)鍵理論等基本內(nèi)容。注意配合物在分析鑒定、電鍍、冶金及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。了解一些重要金屬、合金材料、無(wú)機(jī)非金屬材料及納米材料的特性及應(yīng)用。