普通化學(xué)第二版課件 教學(xué)課件 ppt 作者 陳東旭 吳衛(wèi)東 主編 胡莉蓉 副主編9第九章化學(xué)與材料

1、普通化學(xué),化學(xué)工業(yè)出版社,課件制作：湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 胡莉蓉,第九章 化學(xué)與材料,學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．了解金屬的特性及金屬材料的用途，了解合金及超導(dǎo)材料的性能及應(yīng)用；2．了解非金屬的性質(zhì)及幾種非金屬材料的性能；3．了解高分子化合物的基本概念及高聚物的結(jié)構(gòu)和特性；4．了解塑料、合成橡膠、合成纖維三大有機(jī)合成材料的性能和用途。；,學(xué)習(xí)內(nèi)容,第一節(jié) 金屬材料,第二節(jié) 非金屬材料,第三節(jié) 高分子聚合物與合成材料,分類：,第一節(jié) 金屬

2、材料,一、金屬的結(jié)構(gòu)和特性,黑色金屬與有色金屬,重金屬與輕金屬,常見金屬與稀有金屬,（一）金屬的結(jié)構(gòu),金屬晶體中, 存在著金屬原子、金屬離子和自由電子。自由電子的運動將金屬中的原子、離子聯(lián)結(jié)在一起。 金屬中的自由電子，不專屬于某個特定的金屬原子，而是為許多陽離子所共有，它們幾乎均勻地分布在整個晶體中。,（二）金屬的特性,1.物理性質(zhì),常溫下除汞外都是固體，一般體積質(zhì)量較大，硬度也較大。金屬都不透明，有特殊的光澤，易傳熱、導(dǎo)電

3、，一般都有良好的機(jī)械加工性能（延展性）,2.化學(xué)性質(zhì),金屬在化學(xué)反應(yīng)中，一般容易失去外層電子而表現(xiàn)出還原性。,例：大多數(shù)金屬容易與氧、硫、鹵素等非金屬化合；活潑金屬能置換水中和某些酸中的氫。,（三）金屬的冶煉,金屬冶煉就是由礦石制取金屬的過程。實質(zhì)是金屬離子獲得電子從化合物中被還原出來。,1.熱分解法,金屬活動順序在銅以后的不活潑金屬，可用加熱分解的方法將其冶煉出來。,例如：汞的冶煉。,用碳酸鹽礦石作原料，它經(jīng)煅燒后能分解成氧化物

4、，再用碳還原。,2.高溫化學(xué)還原法,活動順序在鋁與汞之間的金屬冶煉是將礦石與加入的還原劑（如碳、一氧化碳、氫氣、活潑金屬）共熱，使金屬還原。,例如：鋅的冶煉,活潑金屬（鋁、鎂、鈣、鈉等）的冶煉常用電解法。,3.電解還原法,例如：電解熔融的氯化鈉制鈉；電解熔融氯化鎂制鎂。,二、合金,合金也可稱為“合成金屬”，它是由兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）共熔后而成的具有金屬特性的物質(zhì)。,例如：常用的黃銅是銅鋅合金，鑄鐵和鋼是鐵碳合金。,①多

5、數(shù)合金的熔點低于任何一種組分金屬的熔點。②合金的硬度一般都比組成它的純金屬的硬度要大。③合金的化學(xué)性質(zhì)也與組成它的純金屬有些不同。,1.性質(zhì),2.用途,合金在工業(yè)上有重要的用途，如機(jī)器制造、飛機(jī)制造、宇宙飛船制造等以及化學(xué)工業(yè)和原子能工業(yè)，都離不開各種性能優(yōu)良的合金。隨著近代科學(xué)的發(fā)展，正在不斷探索研究和開發(fā)具有新特性的合金。,三、超導(dǎo)材料,超導(dǎo)現(xiàn)象：隨著溫度的降低，金屬的導(dǎo)電性逐漸增強(qiáng)。當(dāng)溫度降到某一溫度時，某些導(dǎo)體的電阻急劇下降

6、為零。超導(dǎo)材料（超導(dǎo)體）：具有超導(dǎo)電性的物質(zhì)。臨界溫度：電阻突然為零的溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度或臨界溫度。臨界溫度越高，超導(dǎo)材料就越有應(yīng)用價值。,超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯于1911年最早發(fā)現(xiàn)的。他利用液氨冷卻水銀時，發(fā)現(xiàn)電阻完全消失。,應(yīng)用前景：做成電纜輸電，輸電線路上的能量損耗將大大降低。作發(fā)動機(jī)的線圈，根本不會使線圈發(fā)熱，解決了冷卻難題。制成磁力懸浮高速列車，就能使車速提高到500km/h以上。,第二節(jié) 非金屬材料,無機(jī)非

7、金屬材料包括各種金屬與非金屬形成的無機(jī)化合物材料和非金屬單質(zhì)材料。,一、非金屬單質(zhì)的特性,1.物理性質(zhì),2.化學(xué)性質(zhì),呈氣態(tài)：氫、氟、氯、氧、氮；呈液態(tài)：溴；其余是固態(tài)。硼、碳、硅的熔點高、硬度大，其他單質(zhì)的熔點低、硬度較小。石墨能導(dǎo)電，交界線兩側(cè)元素的單質(zhì)大都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，多數(shù)非金屬單質(zhì)是非導(dǎo)體。,非金屬活潑性與元素周期律一致，氟、氯、氧、溴是活潑的非金屬；碘、硫、碳、硼、硅、砷、硒、碲和氫較不活潑，氮氣不活潑，在通常條件下很難

8、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。,二、非金屬材料,（一）半導(dǎo)體材料,分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體。硅是當(dāng)前主要的半導(dǎo)體材料。,硅有4個價電子，晶體結(jié)構(gòu)中，每個原子分別和相鄰的4個原子形成4個共價鍵，價電子被束縛在不能自由運動，導(dǎo)電能力較差。如果受到光或熱的作用，部分價電子掙脫束縛成為自由電子，從而留下一個空穴（相當(dāng)于正電荷），可吸引鄰近的價電子來補(bǔ)充，這樣就產(chǎn)生了電子和空穴的定向移動，形成電流。,原理,用途,主要用于制造電子元器件。還用于制造晶體管，集

9、成電路，硅光電池，數(shù)碼管、熱電耦等也可利用非晶態(tài)硅，即半導(dǎo)體玻璃制成太陽能電池瓦。,（二）特種陶瓷,1.導(dǎo)電陶瓷 通常陶瓷不導(dǎo)電，是良好的絕緣體。有些氧化物陶瓷加熱時，處于原子外層的電子可以獲得足夠的能量，克服原子核的吸引力，成為自由電子，這種陶瓷就變成了導(dǎo)電陶瓷。,2.透明陶瓷 傳統(tǒng)的陶瓷是一種不透明的材料。1957年美國科學(xué)家科爾在一次實驗中偶然發(fā)現(xiàn)，在氧化鋁原料中加入少量氧化鎂，可以促進(jìn)材料內(nèi)氣孔的消除，終

10、于制得透明氧化鋁陶瓷。 透明陶瓷可制造防彈汽車的窗、坦克的觀察窗、轟炸機(jī)的轟炸瞄準(zhǔn)器和高級防護(hù)眼鏡等。,3.壓電陶瓷 壓電陶瓷結(jié)構(gòu)上沒有對稱中心，因而具有壓電效應(yīng)，當(dāng)在某個方向施加壓力時，此表面會產(chǎn)生電壓差，稱為正壓電效應(yīng)；反之在電壓作用下，則會發(fā)生變形，稱為逆電壓效應(yīng)。這就是壓電陶瓷所具有的機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換功能。主要用于換能、傳感、驅(qū)動和頻率控制。如水下探測用的水聲換能器，遙測用的超聲換能器，揚聲器及壓電點

11、火器等。。,4.生物陶瓷 應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)及生物化學(xué)工程的各種陶瓷材料。以氧化鋁為主。生物陶瓷和骨組織的化學(xué)組成比較接近，生物相容性好，植入體內(nèi)后不會引起人體組織的發(fā)炎和不適應(yīng)，彌補(bǔ)了不銹鋼在植入人體內(nèi)三五年出現(xiàn)腐蝕斑的缺陷。,5.納米陶瓷 我國在20世紀(jì)90年代初開始研制納米陶瓷。即選用的原料和制成的陶瓷晶粒達(dá)到納米尺度。,（三）人工晶體和特種玻璃,人工晶體是一種單晶材料，由于它具有壓電、熱電、磁光轉(zhuǎn)換和紅外遙感等多種方面的功能，因

12、此是發(fā)展激光、電子、紅外和光信息處理等高新技術(shù)所必需的材料。,特種玻璃是一類非晶態(tài)材料，它具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、可切削等特點，并具有光、電、磁、熱等功能，是發(fā)展光學(xué)、光電技術(shù)、生物工程、宇航事業(yè)、汽車及新能源等領(lǐng)域中的基礎(chǔ)材料。,第三節(jié) 高分子聚合物與合成材料,一、聚合物的基本概念,高聚物雖然相對分子質(zhì)量較大，但化學(xué)組成比較簡單，都是由重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。,,例如：聚氯乙烯PVC,縮寫成：,其中 [CH2-CHCl] 是重復(fù)結(jié)構(gòu)單

13、元——鏈節(jié)；形成結(jié)構(gòu)單元的化合物(如氯乙烯)——單體；n是重復(fù)結(jié)構(gòu)單元數(shù)——聚合度。,單體 鏈節(jié) 聚合度,或,線型結(jié)構(gòu)是許多鏈節(jié)連成一個長鏈(包括有支鍍的)，它是卷曲呈不規(guī)則的線團(tuán)狀。體型結(jié)構(gòu)是帶有支鏈的線型高分子之間互相交聯(lián)成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。,“線型”和“體型”高分子,①在單體前加“聚”字：如聚乙烯、聚氯乙烯；②在簡化的單體名稱后面加上“樹脂”二字：如酚

14、醛樹脂、環(huán)氧樹脂、脲醛樹脂等。③代號：如聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）；酚醛樹脂（PF），脲醛樹脂（UF）等,命名,二、聚合物的特性,1.彈性和塑性,2.電絕緣性,3.化學(xué)穩(wěn)定性,4.機(jī)械性能,缺點：一般不耐高溫，容易燃燒；不易分解（廢棄的快餐盒和塑料袋對環(huán)境構(gòu)成特殊污染，稱“白色污染”；易老化，,三、合成材料,1.塑料,塑料是指在一定的溫度和壓力下可塑制成型的合成高分子材料。工業(yè)上以合成樹脂為基本原料，加上適量的添加劑和填充料

15、以改善某些性能，在一定的溫度、壓力下加工處理可獲得各種塑料制品。,2.合成纖維,纖維是一類具有相當(dāng)長度、強(qiáng)度、彈性和吸濕性的柔韌、纖細(xì)的絲狀高分子化合物。,化學(xué)纖維,天然纖維,人造纖維,合成纖維,,天然纖維是天然高分子化合物（棉、麻、羊毛、蠶絲）,不能直接紡織的天然纖維（木材、棉短線）作原料經(jīng)化學(xué)處理制成,用石油、煤、天然氣等為原料，經(jīng)過化學(xué)合成和機(jī)械物理加工制成,3.合成橡膠,橡膠是一類具有高彈性能的高分子化合物。,具有高度的彈性