含硅矿物与信息材料.ppt
,化学 1 专题 3,第三单元 含硅矿物与信息材料,随处可见的含硅化合物及材料,2、Si在自然界中的存在形态：,3、Si在自然界中的存在形式：,4、Si在周期表中位于：,5、C、Si原子的最外电子层上有4个电子其原子既难失去电子又难得到电子（难于形成阴、阳离子），主要形成4价的化合物。,SiO2和硅酸盐,C：2、4、4,Si：4、4,化合态,6、主要化合价,第三周期第IVA族。,Si元素,1、Si在自然界中的含量：,仅次于氧，为26.3%.,二氧化硅（SiO2）,有晶体和无定形两大类。晶体二氧化硅叫石英、水晶，天然二氧化硅叫硅石、石英砂。,玛瑙,水晶,二氧化硅,10928,180,在二氧化硅晶体中，一个硅原子跟4个氧原子结合，同时每个氧原子跟两个硅原子结合。实际上，二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子按1：2的比例所组成的立体网状结构的晶体。它的熔点（1723）沸点（2230）高，硬度大，不导电，难溶于一些常见的溶剂。,Si,O,二氧化硅晶体结构,原子晶体,1.物理性质：,坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。,2.化学性质：,是酸性氧化物,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,二氧化硅,不能与水反应,2.化学性质：,是酸性氧化物,在高温下与碳酸盐的反应,不与酸反应（除氢氟酸以外）,玻璃花雕刻工艺,SiO2+4HF=SiF4+2H2O,弱氧化性,1、存在和状态：,存在：没有游离态，只有化合态。,状态：两种同素异形体：晶体硅和无定形硅。,硅单质,Si,10928,晶体硅的晶体结构与金刚石相似，也是由一个硅原子与4个硅原子结合形成正四面体，许多这样的正四面体向周围空间延伸形成空间网状的结构。但由于硅原子半径比碳原子半径大，所以，其熔沸点要比金刚石低，硬度要比金刚石小。,晶体结构,硅单质有晶体和无定形两种，晶体硅的结构跟金刚石相似，都是具有正四面体结构的立体网状结构的晶体。,原子晶体,硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。硅的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，硬度大。导电性介于导体和绝缘体之间，具有良好的半导性。(良好的半导体材料),2、硅的物理性质,3、硅的化学性质,常温下，化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质（如氧气、氯气、硫酸、硝酸等）起反应。,Si+2F2=SiF4 Si 4HF SiF4 2H2 Si2NaOH H2O Na2SiO3 2H2,在加热条件下，能跟一些非金属反应。,4、硅的工业制法,工业制粗硅：,粗硅提纯：,5、硅的用途,高纯硅：半导体材料。（集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等）,合金：,变压器铁芯（含硅4%的钢有导磁性）,耐酸设备（含硅15%左右的钢有耐酸性）,课本P82,硅酸盐,硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水。,最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3）其水溶液 俗称为水玻璃，可用作粘合剂、防腐剂、防火剂等,与盐酸反应：SiO32-+2H+=H2SiO3,与CO2反应：SiO32-+CO2+H2O=H2SiO3+CO32-SiO32-+2 CO2+2H2O=H2SiO3+2HCO3-,实质：SiO32-+2H+H2O=H4SiO4(原硅酸),H4SiO4=H2O+H2SiO3(干胶),硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。,用途：,硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。,硅酸盐,硅酸盐可用氧化物的形式表示，如：,硅酸钠：Na2SiO3,Na2OSiO2,石棉：CaMg3Si4O12,长石：KAlSi3O8,普通玻璃：CaNa2Si6O14,CaO3MgO4SiO2,Na2OCaO6SiO2,K2OAl2O36SiO2,生活中的硅酸盐材料,石器燧石取火,硅酸盐水泥、玻璃、陶瓷,二氧化硅光导纤维,单晶硅集成电路,传统材料,人类文明发展史,新型材料,信息材料,原料：黏土,硅酸盐产品简介：,成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,变色玻璃,在玻璃中加入适量的溴化银(AgBr)和氧化铜的微小晶粒，经过适当的热处理，可以制成变色玻璃。当强光照射到玻璃上，溴化银分解为银和溴单质，分解出的银原子聚集成银的微小晶粒，使玻璃呈现暗棕色，能挡住大部分光线。光线变暗，银和溴在氧化铜的催化作用下，重新生成溴化银。于是玻璃的颜色自动变浅，透光性增强。,玻璃加工,1、玻璃加热到一定温度后急剧冷却，就可以得到钢化玻璃。,2、氢氟酸(HF)对玻璃具有腐蚀作用，可用于在玻璃上雕刻各种精美图案，也可用于在玻璃仪 器(量筒、滴定管等)上标注刻度及文字。氢氟酸与玻璃发生的反应可以表示为：SiO2+4HF=SiF4+2H2O,3、在玻璃表面镀金属膜可以制得镀膜玻璃。镀膜玻璃外形美观，还可以阻挡红外线及紫外线的穿透。在玻璃上镀银、真空镀铝是制造镀膜玻璃常用的方法。,玻璃加工,4、夹层玻璃,夹层玻璃受到撞击时只会裂开，而不会粉碎。夹层玻璃共有三层，两层玻璃夹着厚度约为0.76mm的中间层。夹层玻璃中间层的材料通常为性能较好的聚乙烯醇丁醛（PVB）。当玻璃受到撞击而损坏时，中间的胶片便可粘着外面的玻璃，防止碎片四处飞散。,光导纤维和新型陶瓷材料,光导纤维和各种新型陶瓷的开发和应用不仅为高科技发展提供了优质材料，也提高了人们的生活质量。光导纤维在信息工程中的应用，使人们可以坐在家中通过信息网络获取信息，联络亲友。新型高强度陶瓷材料的出现，克服了传统陶瓷的脆性。由光导纤维组成的光缆可以代替通讯电缆，用于光纤通信，传送高强度的激光。光纤通信的容量比微波通信大103104倍，而且传输速度快。用光缆代替通讯电缆可以节约大量有色金属。据统计，生产l km长的光缆只需几克超纯石英玻璃，约可节省铜1.1t。,光导纤维的制造与应用,把氧气和四氯化硅蒸气的混合气体通过在高温炉中旋转和移动的石英管，能反应生成二氧化硅。把得到的沉积在管内的二氧化硅熔化，形成“玻璃棒”，在19002000的高温下再将其熔化、拉制成粗细均匀的光纤细丝。,用于铺设光纤通讯线路的光导纤维是由若干条柔韧、没有脆性、有高折射率的光纤细丝(直径在10m以下)用聚丙烯或尼龙套包裹制成的。,光纤通信较之普通电缆通信有许多突出的优点。首先，光纤通信有巨大的信息容量，一根头发丝那么细的光导纤维可以通几万路电话或2 000路电视。如果用许多根光导纤维组合成光缆，它的通信容量更大得惊人。其次，光纤通信不受外界电磁场的干扰，工作稳定可靠，保密程度高。第三，光纤通信损耗低，目前无中继传送距离一般为3070 km(而同轴电缆每隔15 km就需设立一个中继站，来补偿电信号在传输中的损耗)，很适合远距离信息传输。,新型陶瓷,结构陶瓷制品,生物陶瓷制品,
