含硅矿物与信息材料

2 2、SiSi在自然界中的存在形态：在自然界中的存在形态：3 3、SiSi在自然界中的存在形式：在自然界中的存在形式：4 4、SiSi在周期表中位于：在周期表中位于：5 5、C C、SiSi原子的最外电子层上有原子的最外电子层上有4 4个电子其个电子其原子既难失去电子又难得到电子（难于形成原子既难失去电子又难得到电子（难于形成阴、阳离子），主要形成阴、阳离子），主要形成4 4价的化合物。价的化合物。SiOSiO2 2和硅酸盐和硅酸盐C C：2 2、4 4、4 4SiSi：4 4、4 4化合态化合态6 6、主要化合价、主要化合价第三周期第第三周期第IVAIVA族。族。Si元素元素1 1、SiSi在自然界中的含量：在自然界中的含量：仅次于氧，为仅次于氧，为26.3%.玛瑙玛瑙二氧化硅10928180在二氧化硅晶体中，一个硅原子跟在二氧化硅晶体中，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（的比例所组成的立体网状结构的晶体。它的熔点（1723）沸点）沸点（2230）高，硬度大，不导电，难溶于一些常见的溶剂。）高，硬度大，不导电，难溶于一些常见的溶剂。SiO原子晶体原子晶体1.物理性质：物理性质：坚硬难熔的固体，熔沸点坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较高，不溶于水，硬度比较大。比较大。2.化学性质：化学性质：是酸性氧化物是酸性氧化物SiO2+2NaOH=Na2SiO3 +H2OSiO2 +CaO =CaSiO3高温高温二氧化硅二氧化硅不能与水反应不能与水反应2.化学性质：化学性质：是酸性氧化物是酸性氧化物在高温下与碳酸盐的反应在高温下与碳酸盐的反应SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3高温高温SiO2+Na2CO3=CO2 +Na2SiO3高温高温不与酸反应（除氢氟酸以外）不与酸反应（除氢氟酸以外）玻璃花雕刻工艺玻璃花雕刻工艺SiO2+4HF=SiF4 +2H2O弱氧化性弱氧化性SiO2+2C=Si +2CO 高温高温硅单质硅单质Si10928 晶体硅的晶体结构与金刚石相似，也是晶体硅的晶体结构与金刚石相似，也是由一个硅原子与由一个硅原子与4个硅原子结合形成个硅原子结合形成正四面体，许多这样的正四面体向正四面体，许多这样的正四面体向周围空间延伸形成空间网状周围空间延伸形成空间网状的结构。但由于的结构。但由于硅原子半硅原子半径比碳原子半径大径比碳原子半径大，所以，所以，其其熔沸点要比金刚石低，熔沸点要比金刚石低，硬度要比金刚石小。硬度要比金刚石小。晶体结构晶体结构硅单质有晶体和无定形两种，晶体硅的结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。体网状结构的晶体。原子晶体原子晶体 硅有硅有晶体硅晶体硅和和无定形硅无定形硅两种。晶体硅是灰两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。硅的结构硅的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很类似于金刚石，熔点和沸点都很高，硬度大。高，硬度大。导电性导电性介于导体和绝缘体之间，具有良好介于导体和绝缘体之间，具有良好的半导性。的半导性。(良好的半导体材料良好的半导体材料)2 2、硅的物理性质、硅的物理性质3、硅的化学性质、硅的化学性质Si+2F2=SiF4 Si 4HF SiF4 2H2 Si2NaOH H2O Na2SiO3 2H2Si+2H2=SiH4Si+O2=SiO24、硅的工业制法、硅的工业制法课本课本P82硅酸盐硅酸盐硅酸盐的结构很复杂，一般都不溶于水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（最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3）其水溶液其水溶液 俗称为俗称为水玻璃水玻璃，可用作粘合剂、，可用作粘合剂、防腐剂、防火剂等防腐剂、防火剂等与盐酸反应：与盐酸反应：SiO32-+2H+=H2SiO3 与与CO2反应：反应：SiO32-+CO2+H2O=H2SiO3+CO32-SiO32-+2 CO2+2H2O=H2SiO3+2HCO3-实质：实质：SiO32-+2H+H2O=H4SiO4(原硅酸原硅酸)H4SiO4=H2O+H2SiO3 (干胶干胶)硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为称为“硅胶硅胶”。硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作硅胶多孔，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，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也可以用作催化剂的载体。硅酸盐硅酸盐硅酸盐可用氧化物的形式表示，如：硅酸盐可用氧化物的形式表示，如：硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3 Na2OSiO2石棉：石棉：CaMg3Si4O12长石：长石：KAlSi3O8普通玻璃：普通玻璃：CaNa2Si6O14CaO3MgO4SiO2Na2OCaO6SiO2K2OAl2O36SiO2石器石器燧石取火燧石取火硅酸盐硅酸盐水泥、玻璃、陶瓷水泥、玻璃、陶瓷二氧化硅二氧化硅光导纤维光导纤维单晶硅单晶硅集成电路集成电路传传统统材材料料人人类类文文明明发发展展史史新新型型材材料料信信息息材材料料原料：黏土原料：黏土硅酸盐产品简介：硅酸盐产品简介：产品产品 主要原料主要原料主要设备主要设备反应反应条件条件主要反应或主要主要反应或主要成分成分主要主要性质性质水泥水泥粘土、石粘土、石灰石灰石(适适量石膏量石膏)水泥回水泥回转窑转窑高温高温硅酸三钙：硅酸三钙：3CaOSiO2硅酸二钙：硅酸二钙：2CaOSiO2铝酸三钙：铝酸三钙：3CaOAl2O3水水硬硬性性玻璃玻璃 纯纯 碱碱石灰石石灰石石石 英英 玻璃窑玻璃窑高温高温 成分：成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3高温高温SiO2+Na2CO3=CO2 +Na2SiO3高温高温 在玻璃中加入适量的溴化银在玻璃中加入适量的溴化银(AgBr)(AgBr)和氧化铜和氧化铜的微小晶粒，经过适当的热处理，可以制成变色的微小晶粒，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，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。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，透光新生成溴化银。于是玻璃的颜色自动变浅，透光性增强。性增强。1、玻璃加热到一定温度后急剧冷却，、玻璃加热到一定温度后急剧冷却，就可以得到就可以得到钢化玻璃钢化玻璃。2、氢氟酸、氢氟酸(HF)对玻璃具有腐蚀作用，可用于在对玻璃具有腐蚀作用，可用于在玻璃上雕刻玻璃上雕刻各种精美图案，也可用于在玻璃仪各种精美图案，也可用于在玻璃仪 器器(量筒、滴定管等量筒、滴定管等)上标注刻度及文字。氢氟酸上标注刻度及文字。氢氟酸与玻璃发生的反应可以表示为：与玻璃发生的反应可以表示为：SiO2+4HF=SiF4+2H2O3、在玻璃表面镀金属膜可以制得、在玻璃表面镀金属膜可以制得镀膜玻璃镀膜玻璃。镀膜。镀膜玻璃外形美观，还可以阻挡红外线及紫外线的穿玻璃外形美观，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透。在玻璃上镀银、真空镀铝是制造镀膜玻璃常用的方法。用的方法。4 4、夹层玻璃、夹层玻璃 夹层玻璃受到撞击时只会裂开，而不会粉碎。夹层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的中间层。夹层玻璃共有三层，两层玻璃夹着厚度约为的中间层。夹层玻璃中间层的材料通常为性能较好的聚乙烯醇丁醛玻璃中间层的材料通常为性能较好的聚乙烯醇丁醛（PVBPVB）。当玻璃受到撞击而损坏时，中间的胶片便可粘）。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。着外面的玻璃，防止碎片四处飞散。玻璃玻璃聚乙烯醇丁醛聚乙烯醇丁醛玻璃玻璃 光导纤维和各种新型陶瓷的开发和应用不仅为高科技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。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通信，传送高强度的激光。光纤通信的容量比微波通信大10103 310104 4倍，而且传输速度快。用光缆代替通讯电缆可以倍，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，生产节约大量有色金属。据统计，生产l kml km长的光缆只需几克长的光缆只需几克超纯石英玻璃，约可节省铜超纯石英玻璃，约可节省铜1.1t 1.1t。光导纤维的制造与应用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，能反应生成二氧化温炉中旋转和移动的石英管，能反应生成二氧化硅。硅。把得到的沉积在管内的二氧化硅熔化，形成把得到的沉积在管内的二氧化硅熔化，形成“玻璃棒玻璃棒”，在，在1900190020002000的高温下再将其熔的高温下再将其熔化、拉制成粗细均匀的光纤细丝。化、拉制成粗细均匀的光纤细丝。SiClSiCl4 4(g)(g)O O2 2(g)(g)13001300 SiO SiO2 22Cl2Cl2 2(g)(g)用于铺设光纤通讯线路的光导纤维是由若干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条柔韧、没有脆性、有高折射率的光纤细丝(直径直径在在10m10m以下以下)用聚丙烯或尼龙套包裹制成的。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。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首先，光纤通信有巨大的信息容量，一根头发丝那，一根头发丝那么细的光导纤维可以通几万路电话或么细的光导纤维可以通几万路电话或2 0002 000路电视。路电视。如果用许多根光导纤维组合成光缆，它的通信容量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。更大得惊人。其次，光纤通信不受外界电磁场的干其次，光纤通信不受外界电磁场的干扰，工作稳定可靠，保密程度高扰，工作稳定可靠，保密程度高。第三，光纤通信第三，光纤通信损耗低损耗低，目前无中继传送距离一般为，目前无中继传送距离一般为303070 km(70 km(而而同轴电缆每隔同轴电缆每隔1 15 km5 km就需设立一个中继站，来补就需设立一个中继站，来补偿电信号在传输中的损耗偿电信号在传输中的损耗)，很适合远距离信息传很适合远距离信息传输。输。新型陶瓷新型陶瓷结构陶瓷结构陶瓷（工程陶瓷）（工程陶瓷）功能陶瓷功能陶瓷具有机械功能、热功能和部分具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷，如纳米陶瓷。化学功能的陶瓷，如纳米陶瓷。具有电、光、磁、化学和生物具有电、光、磁、化学和生物特性，且有相互转换功能的陶特性，且有相互转换功能的陶瓷属于功能陶瓷，如生物陶瓷瓷属于功能陶瓷，如生物陶瓷等。等。结构陶瓷制品结构陶瓷制品生物陶瓷制品生物陶瓷制品