非金属与非金属材料.ppt

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1、第 六 章 非 金 属 元 素与无机非金属材料,如第3周期氯化物熔点依次：高低正离子元素 Na Mg Al Si P S 电荷+1+2+3+4+5+6,离子的半径 依次变小离子的极化力 依次增强Cl-被极化程度 依次增大氯化物键型 离子键共价键,晶型 离子晶体分子晶体,熔点 高低,10,解释：,包括两种情况：热分解,如:2HgO2Hg+O2 置换，如:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe 前者可用fH判断；后者可用G-T 图判断。,大多数氧化物稳定,不分解。少数不活泼金属氧化物受热会分解：2Ag2O4Ag+O2 卤素氧化物最不稳定，低温下即分解。,16,OF2是氟化物,3 氧化物的稳定性,三

2、含氧酸及其盐,盐由两部分组成：正离子：,17,酸 根：,无氧酸根，含氧酸根，负配离子 如：Cl-S2-SO42-CO32-Fe(CN)63-此处讨论含氧酸的盐。,金属离子，金属氧根，正配离子 如：K+Cu2+SbO+TiO2+Cu(NH3)42+,CO2 水溶液中，含有大量CO2H2O，少量H2CO3。H2CO3的解离：H2CO3,HCO3-,H+HCO3-K1=4.310-7,H+CO32-K2=5.210-11,盐的溶解度：A（除Li+），NH4+外皆难溶。,18,假定溶于水中的CO2 全部转化为H2CO3,1 碳酸及其盐,易溶盐的酸式盐NaHCO3难溶；难溶盐的酸式盐Ca(HCO3)2易

3、溶。,热稳定性：正盐 酸式盐 酸 如：CaCO3 Ca(HCO3)2 H2CO3 可用热分解温度衡量碳酸盐的稳定性。如：A碳酸盐 BaCO3 SrCO3 CaCO3 MgCO3热分解温度/1292 1098 841 558,19,热分解温度碳酸盐分解出的p(CO2)达到101325Pa时的温度。此温度可用热力学数据计算。,无论浓稀都有氧化性，还原产物很多：N2O、NO、NO2、N2、NH4+等，决定于酸的浓度和还原剂。,20,2 硝酸（亚硝酸）及其盐 HNO3,可钝化某些金属，如：Ti、Cr、Al、Fe、Co、Ni；,硝酸盐 多不稳定,活泼金属 2NaNO32NaNO2+O2 Mg-Cu之间

4、2Pb(NO3)22PbO+4NO2+O2 Ag后金属 2AgNO32Ag+2NO2+O2,其分解情况有三（视金属的活泼性）：,21,王水由于HNO3的氧化能力和Cl-配合物的形成而具有很强的溶解能力。,酸性介质中，氧化性为主；遇强氧化剂，表现还原性。,3 硫的含氧酸及其盐 H2SO4 浓酸具有氧化性。还原产物多种；有钝化作用,如:Ti Al Cr Fe Co Ni 沸点(338)高,做热浴，制挥发酸。,硫酸盐 溶液无氧化性，热稳定性强。,22,HNO2 兼具氧化 还原性：,有氧化性(因含-O-O-)E=2.01V 5(NH4)2S2O8+2MnSO4+8H2OAg+2HMnO4+5(NH4)

5、2SO4+7H2O 稳定性差，加热分解：(NH4)2S2O8(NH4)2SO4+SO2+O2,(4)亚硫酸盐 兼具氧化、还原性。主要在碱性介质中做还原剂。,23,过硫酸铵(NH4)2S2O8,Na2SO3+Cl2+H2ONa2SO4+2HClNa2SO3+2KMnO4+2KOHNa2SO4+2K2MnO4+H2O,(5)Na2S2O3 常用的还原剂，用于吸氯：S2O32-+4Cl2+5H2O 2SO42-+10H+8Cl-用于测I2：2S2O32-+I2 S4O62-+2I-E=0.08V,24,氯有四种含氧酸,皆有氧化性，HClO HClO2 HClO3 HClO4 其氧化性：依次增强,可见

6、氧化性与氧化数无关。,盐：Ca(ClO)2CaCl2漂白粉,用于杀菌消毒;,25,KClO3 KClO4 NH4ClO4高温时皆氧化剂分解出大量气体,可用于火柴 焰火 炸药。,4 氯的含氧酸及其盐,2KClO32KCl+3O2 NH4ClO4N2+6H2O+4HCl+5O2,5 含氧酸盐热稳定性的规律：酸不稳定，对应的盐亦不稳定；正盐酸式盐酸(同一种酸)碱金属盐碱土金属过渡金属铵(同一酸根)高氧化值盐低氧化值盐(同一成酸元素),（NaNO3NaNO2例外）,26,如:,第三节 新型无机非金属材料简介,一 半导体材料,1 半导体导电机理金属的能带理论,根据分子轨道理论（MO法），二相邻原子的相应

7、原子轨道可以组成总数目相同的分子轨道。金属晶体中，原子紧密堆积，原子数目很大，可以组合成很多分子轨道。这些分子轨道间能量差很小,形成了能带。,27,如，Na的3s1形成3s能带：,(*3s),(3s),能量较低的3s能带充满电子，称满带；*3s能带没有电子，为空带，又称导带,在满带和导带之间有禁带。,28,满带、禁带、空带之间有三种情况：,满、导带间无禁带，电子可进入导带，此即导体导电；,满、导带间禁带很宽（480kJ mol-1），电子不能激发进入导带，此即绝缘体；,29,禁带宽度较窄（96-290kJ mol-1）电子可在小能量下激发到导带，通常 不导电。此即半导体。,在半导体中，满带中一

8、个电子被激发到导带，则导带中有一个负电荷（电子）满带中有一个正电荷（空穴）。,30,电子正极；空穴负极 这就是半导体导电。其电导是电子和空穴的电导之和。,2 半导体种类 单质半导体,本征半导体：无杂质单晶。需高能量激发电子，电子和空穴数目 相等。,31,在电场中：,杂质半导体：选择性地掺入杂质(单质，不化合)如：,32,n型Si、Ge中掺入As、P(多一个价电子)称施主杂质，电子导电；,p型Si、Ge中掺入B、In(少一个价电子)称受主杂质，空穴导电。,杂质的轨道能级应处于本征半导体禁带宽度之中。,许多化合物与合金具有半导体性质，以A、A-B、B的化合物为主。,p-n结：p型半导体和n型半导体

9、接触，以接触电势差对交流电起整流作用，对信号起放大作用；,34,3 半导体材料的特性和用处,化合物半导体,以半导体的电导-温度关系做热敏 电阻，用于测温；,p-n结中，半导体受光照，电子进入导带。此时，电子进入n区,空穴进入p区，,35,太阳能电池：,以半导体的电导-光照关系做光敏 电阻，用于光电控制、静电复印；,形成电势差，同时产生电子和空穴光生伏特效应。,二 超 导 材 料,1 超导现象及临界条件,1911年发现，Hg在4.2K附近,电阻突然消失.金属的这种特殊状态称超导态。向超导态转变的温度叫超导临界温度Tc。,36,超导态时，磁感应强度也为零，即具有完全的抗磁性。当磁场超过Hc时,超导

10、态被破坏。Hc叫临界磁场；,通过超导体的电流超过Ic后，超导态也被破坏。Ic叫临界电流。,TTc，HHc，IIc 超导态都被破坏，称超导体的三大邻界条件。,37,2 超导材料,目前已发现30种单质，8000种金属、,合金、化合物具有超导性。,1987年 赵宗贤等，,YBa2Cu3O7-x(Tc=90K),1993年 中-瑞合作，,Hg-Ba-Cu-O(Tc=133.5K),38,三 激 光 材 料,1 激光的特点:光源亮度高；,方向性极强;,单色性极好.,2 激光的产生:,通常,物质的粒子大多处于基态,极少处于激发态。激发态粒子跃迁回基态放出热(非辐射跃迁)和光（辐射跃迁）自发辐射；,39,若

11、人为地使多数粒子处于激发态 粒子数反转。,此时，以h入射此工作物质，激发态粒子受到激发而跃迁，辐射出的光子与入射光完全相同受激发射。,40,由于激发态粒子多而起到放大作用。受激发射所发出的光激光。把上述过程持续下去的装置激光器。,3 激光器种类 固体激光器：,激活离子（产生激光的离子）：Cr3+Mn2+Co3+Ni2+Ln3+（Nd3+）；,基质材料（传播激光的介质）：,48,Al2O3（晶体激光器）、钕玻璃（玻璃激光器）；,气体激光器：原子气体激光器,如 He-Ne激光器；分子气体激光器,如 CO2激光器；离子气体激光器。半导体激光器，等。,42,加工：打孔、切割、焊接;,四 光 导 材 料

12、,皮料低折射率的玻璃；吸收料。,43,通讯：方向性、发散性好，可远距离传输。,1 光纤的组成：,芯料高折射率，高透光度，不析晶 的玻璃；,4 应用：,多组分玻璃光纤；复合材料光纤；石英光纤（高纯度或掺杂）。,光在芯料和皮料界面上全反射，入射光封闭在芯料内，经过无数次全反射，锯齿状传播。,44,3.通信原理：,2 光纤材料：,光缆结构图,HClO4、H2SO3、H2SO4的酸性;Sr(OH)2、Sc(OH)3、Y(OH)3的碱性;FeCl3、PCl3、CaCl2的水解性;MgCO3、CaCO3、ZnCO3、(NH4)2CO3的热稳定性。,45,例题：比较并简单说明下列物质的有关性质：,酸性：HC

13、lO4H2SO4H2SO3 成酸元素氧化值高者酸性强。碱性：Sr(OH)2 Y(OH)3Sc(OH)3 元素R的极化力弱，其ROH碱性强,水解性：PCl3 FeCl3CaCl2 元素R的极化力弱，卤化物水解性差 稳定性：CaCO3 MgCO3ZnCO3(NH4)2CO3 元素R的极化力弱，其碳酸盐稳定,46,解:,完成下列各反应方程式：NaNO2+NaI+H2SO4 KMnO4+NaNO2+NaOH K2Cr2O7+K2SO3+HCl Na2S2O3+I2,解：2NaNO2+2NaI+2H2SO4 2NO+I2+2Na2SO4+2H2O,47,例题：,2KMnO4+NaNO2+2NaOH K2MnO4+Na2MnO4+NaNO3+H2O K2Cr2O7+3K2SO3+8HCl 8KCl+Cr2(SO4)3+4H2O 2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI,48,