化学：《功能各异的无机非金属材料》课件2（27张PPT）（苏教版选修1）

欢迎进入化学课堂 第二单元功能各异的无机非金属材料 无机非金属材料种类繁多 功能各异 应用十分广泛 其历史可追溯到远古时代 从我们的祖先用黏土制作陶器 到现代人通过光导纤维通讯联系 人类利用自然界提供的各种资源 研制了许许多多的无机非金属材料 我们日常生活中使用的陶瓷 玻璃器皿 煤气炉具点火装置使用的压电陶瓷 电器设备中的半导体材料 电视显像管中的荧光粉 磁带和磁性陶瓷使用的磁性材料 医疗中使用的人造牙齿等 都属于无机非金属材料 陶瓷工业发展更加迅速 各种新型陶瓷不断问世 美国 哥伦比亚 号航天飞机的外壳 就是铺砌了3 2万块这样的金属陶瓷耐热片 用新型陶瓷材料代替金属材料制发动机 1990年我国第一台无水冷发电机试车成功 这是继美 日之后 国际上仅有的几次试验之一 专家们预言 随着新陶瓷技术的发展 人类将 重返 石器时代 不过是一个全新的石器时代 陶瓷 传统的陶瓷工艺陶器和瓷器的坯体都是用黏土制成的 制作瓷器的黏土较纯净 普通陶器较为粗糙 有不同程度的渗透性 如果在坯体上涂上彩釉 烧制后可得到表面光滑 不渗水 色彩绚丽的陶瓷器具 2 形形色色的玻璃 纯碱石灰石石英 玻璃窑 Na2SiO3CaSiO3SiO2 思考1 常见的玻璃呈现暗绿色 浅棕色 红色 蓝色 这是什么原因 氧化亚铁 氧化铁 氧化亚铜 Co2O3 思考2 有些玻璃表面常会看到少量的气泡 什么原因 玻璃制作时应注意什么问题 思考3 玻璃有何特点 玻璃的结构特点 玻璃态物质玻璃是无定形硅酸盐的混合物 属于玻璃态物质 玻璃态物质的粒子不像晶体那样有严格的空间排列 但也不完全是无规则的排列 人们把这种结构特征称为 短程有序 远程无序 就是说从小范围看它有一定的晶型排列 从整体上看却无晶型的排列规律 玻璃态物质没有固定的熔点 可以在某一温度范围内逐渐软化变成液态 在软化状态时 玻璃可吹制或轧成一定形状的制品 对普通玻璃进行处理可以改善玻璃的性能 1 钢化玻璃机械强度大 抗震 不易破碎 即使破碎也不会形成有棱角的碎片 2 刻花玻璃上雕刻有各种精美的花纹图案 3 镀膜玻璃可以做镜子 玻璃幕墙等 玻璃加热到一定温度后急剧冷却 就得到钢化玻璃 氢氟酸与玻璃发生的反应可以表示为 SiO2 4HF SiF4 2H2O 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 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粘着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 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 你知道玻璃变色的原因吗 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 几种玻璃的特性和用途 二氧化硅 聚甲基丙烯酸甲酯 粘土石灰石 水硬性 水泥回转窑 3CaO SiO22CaO SiO23CaO Al2O3 3 硅酸盐水泥 原料 水泥 水泥沙浆 水泥 沙子和水 混凝土 水泥 沙子和碎石 水泥的硬化水泥 cement 的硬化过程可分为两个阶段 第一阶段是水泥加水后逐步发生水化反应 从具有可塑性与流动性的水泥浆 变成非流动性的水泥颗粒并丧失可塑性 第二阶段是水泥颗粒逐步吸收水 进一步发生水化反应 硬化成机械强度高的固体 在水泥组成中 与水作用速率最大的铝酸三钙和硅酸三钙 加入石膏 硫酸钙和铝酸三钙作用生成难溶的铝硫酸钙 延缓水泥的硬化速率 水泥不宜久存 保存不当或存放时间太长会导致水泥受潮结块 影响水泥的强度 受潮后的水泥表面结块 从而丧失凝聚力 导致强度下降 轻微结块的水泥 强度降低10 20 即使在良好的储存条件下 水泥也不宜储存过久 因为水泥会吸收空气中的水分和二氧化碳 发生质变 据统计 储存三个月后 水泥的强度降低10 20 六个月后降低15 30 一年后降低25 40 购买水泥时要了解水泥的生产日期 水泥被广泛用作建筑材料 但是由于它的颜色单调 暴露在外面不太美观 为此 人们通过研究和实验 研制出了白水泥和彩色水泥 氯化钴在含有不同数目的结晶水时会呈现不同的颜色 如CoCl2呈蓝色 CoCl2 H2O呈蓝紫色 CoCl2 2H2O呈紫红色 CoCl2 6H2O呈粉红色 利用此性质 人们将氯化钴加入水泥中 制成了变色水泥 请说明变色水泥在空气中主要受什么因素影响而改变颜色 变色水泥的颜色主要受空气中水分含量的影响 例如 空气干燥时可能呈蓝色或蓝紫色 CoCl2或CoCl2 H2O 空气潮湿时可能呈紫红色或粉红色 CoCl2 2H2O或CoCl2 6H2O 随着科学技术的发展 人们对生活品质的要求不断提高 促使人们不断去研究性能更加优越的新型无机非金属材料 请思考 1 传统无机非金属材料有哪些优点 缺点 2 针对这些优缺点 你认为新型无机非金属材料具有哪些特点 优点 性质稳定 抗腐蚀 耐高温等 缺点 质脆 经不起热冲击等 新型无机非金属材料的特性 1 耐高温 强度高 如氮化硅陶瓷在1200度的高温下 仍具有很高的强度 可用来制造汽轮机叶片 轴承 永久性模具等 2 具有电学特性 一些新型非金属材料可以用作绝缘体 有的可以作为半导体 导体 超导体等 3 具有光学特性 有些新型无机非金属材料能发出各色光 有的能透过可见光 有的能使红外线 雷达射线穿过 4 具有生物功能 如人造牙齿 人造骨骼等 具有良好的生物兼容性 适合植入体内 对肌体无免疫排斥作用 无溶血 凝血反应 对人体无毒 新型无机非金属材料 光纤 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2000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30 70km 而同轴电缆每隔1 5km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 光导纤维主要成分 SiO2 主要特点 1 通信容量大 信号传输质量高 2 抗干扰性能好 不发生辐射 能防切听 3 质量小 不怕腐蚀 铺设方便 医生的好助手因为光纤又细又软 故可将医生用来观察人体内部病变情况的内窥镜 目前 在医学领域上 普遍使用一种连接着许多光纤的胃镜 把胃镜插入病人胃里 胃镜接收到的光线沿着这些光纤传到体外 合成图像 光纤胃镜的光源是在体外由光纤传进去的 它不产生热辐射 能减轻病人的痛苦 光导纤维在医学上的另一个重要应用是通过微细的光纤将高强度的激光输入人体的病变部位 用激光来切除病变部位 这种手术不用切开皮肤和切割肌肉组织 减少了病人的痛苦 而且切割部位准确 手术效果好 在光导纤维的一头装上精致小巧的微型镜头 将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上 还可以在胃镜光纤中留出空的通道 以插入切取生理切片的镊子 近年来 一种激光光纤药头内窥镜碎石系统已研制成功 这种系统利用胃镜把带有药头的光纤导管送入胃中 然后沿光纤通入激光 激光可以产生冲击波 击碎胃石 再用胃镜把碎石取出 主要用于治疗膀胱结石 输尿管结石和胆结石等疾病 光导纤维的制造 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1900 2000 的高温下再将其熔化 拉制成粗细均匀的光纤细丝 陶瓷应用的新天地当宇宙飞行器完成航天任务返回地球时 它面临着与陨星一样的处境 研究结果表明 当宇宙飞行器的飞行速度等于声速的3倍时 其前端的温度可达330 当飞行速度等于6倍声速时 可达1480 宇宙飞行器邀游太空归来 到达离地面60 70km的高度时 其速度仍保持在声速的20多倍 温度在10000 以上 这样的高温足以把宇宙飞行器化作一团熊熊的烈火 高速带来了高温 这似乎是一道不可逾越的障碍 人们把这种障碍称为 热障 怎样使宇宙飞行器克服 热障 安全地返回地面呢 科学家经陨石研究后发现 陨石表面虽已熔融 但里面的化学成分没有变化 这说明陨石在下落过程中 尽管表面因摩擦生热产生几千度高温而熔融 但由于穿过大气层的时间很短 热量还来不及传到陨石内部 这给科学家以启发 让宇宙飞行器的头部戴一顶用烧蚀材料做成的头盔 把重返大气层时摩擦产生的热量消耗在烧蚀材料的熔融 气化等一系列物理和化学变化中 达到保护宇宙飞行器的目的 如美国 哥伦比亚 号航天飞机的外壳 就是铺砌了3 2万块这样的新型陶瓷耐热片 新型陶瓷 结构陶瓷 工程陶瓷 具有机械功能 热功能和部分化学功能的陶瓷 如纳米陶瓷 功能陶瓷 具有电 光 磁 化学和生物特性 且有相互转换功能的陶瓷属于功能陶瓷 如生物陶瓷等 新型无机非金属材料 高温结构陶瓷 在材料中 有一类叫做结构材料 主要指利用其强度 硬度 韧性等机械性能制成的各种材料 金属作为结构材料 一直被广泛使用 金属易受腐蚀 在高温时易氧化 不适合高温使用 高温结构陶瓷的出现弥补了金属的缺陷 这类材料能经受高温 不怕氧化 耐酸碱腐蚀 硬度大 耐磨损 密度小等优点 新型无机非金属材料 高温结构陶瓷 氧化铝陶瓷 人造刚玉 利用其熔点很高 可用作高级耐火材料 如坩埚 高温炉管 利用其硬度大 可以制造在实验室使用的刚玉球磨机 利用高纯度的氧化铝陶瓷 制作高压钠灯的灯管 氮化硅陶瓷 是一种超硬物质 本身具有润滑性 并且耐磨损 除HF外 不与其他无机酸反应 抗腐蚀能力强 而且还能抵抗冷热冲击 常被用来制造轴承 汽轮机叶片 机械密封环 永久性模具 甚至制造柴油机 讨论 采用高温结构陶瓷制造发动机有哪些优点 用耐高温且不易传热的氮化硅陶瓷做成发动机部件的受热面 不仅可以提高柴油机质量 节省燃料 而且提高热效率 透明陶瓷和纳米陶瓷一般陶瓷因为内部有杂质和气孔而不透明 用高纯度的原料可获得透明陶瓷 这些透明陶瓷不仅光学性能优异 而且耐高温 熔点一般都在2000 以上 透明陶瓷的透明度 强度 硬度都高于普通玻璃 用透明陶瓷制造高压钠灯 发光效率比高压汞灯高一倍 使用寿命可达2万小时 人们把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级 便得到了纳米陶瓷 纳米陶瓷成功地解决了陶瓷易碎的问题 纳米陶瓷还具有延展性 如室温下合成的Ti02陶瓷可以弯曲 塑性 韧性好 纳米氧化锆陶瓷颗粒 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全