第三节无机非金属材料
Ⅰ、教学目标
1.使学生对硅酸盐工业及一些产品有大致印象。
2.激发学生学习化学的兴趣，使学生对化学与生产、生活实际的联系有进一步的认识。
3.扩大学生的知识面，激发学生的求知欲。
Ⅱ、教学重点
使学生认识到硅酸盐工业与人类生产、生活密切相关。
Ⅲ、教学难点激发学生的求知欲
Ⅳ、课时安排 2课时
水下工程必不可少的材料。
建筑用粘合剂——水泥沙浆的成分是水泥、沙子和水的混合物。
混凝土是由水泥、沙子和碎石混合而成。
目前，我国已成为世界上生产和使用水泥制品最多的国家。
水泥的知识我们就了解到这儿，下面学习与我们天天打交道的物质——玻璃。
2、玻璃
阅读课本150页有关玻璃的内容，填写下表
〔思考〕制取氟化氢气体或盛放氢氟酸时能否用玻璃容器，为什么？
玻璃中含有二氧化硅，而氢氟酸可以和二氧化硅发生化学反应，故不能使用玻璃容器。
我们看到的普通玻璃呈淡绿色，这是因为原料中混有二价铁，我们的周围还有蓝玻璃、红玻璃，是什么造成了它们的这种差别。
但经这样处理后，玻璃的内应力消失，机械强度增大，不易破碎。一旦破碎，碎块也没有尖锐的棱角，不易伤人，是一种安全玻璃。
玻璃纤维是由熔融玻璃拉成或吹成的纤维，是玻璃钢中的增强材料。玻璃钢，是一种复合材料，质轻而坚硬，机械强度可与钢材相比，因此得名。
光学玻璃又称铅玻璃，它与普通成分不相同，主要由硅酸钾、硅酸铅和石英组成。生产中对原料纯度要求高、不能含有氧化铁等杂质，熔制过程要严格控制工艺，并采取搅拌等措施，排净气泡，保证料液高度均匀，只有这样，才能使制成的玻璃质地均匀，有很好的折光性等光学性能。
玻璃有很好的透光性，很象晶体，但玻璃不是晶体。因为晶体的外表特征是有一定的、
整齐的、有规则的几何外形，晶体有固定的熔点。而玻璃是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态，玻璃无固定熔点，它在一定温度范围内软化，我们把它叫做玻璃态。
它的结构特点是：它的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但又不像无定形体那样无规则排列，而是“短程有序、远程无序”。即从小范围来看，它有一定的晶型排列；从整体来看，却像无定形的物质那样是无晶形的排列规律。所以玻璃态物质没有一定的熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化变为液态。
上面我们学了水泥和玻璃。下面我们再来了解一下以粘土(主要成分是硅酸盐)做原料制成的产品——陶瓷。
3、陶瓷
作业：P155 2.3
［参考练习］1.下列物质中属于纯净物的是
A.Na
2CO
3
·10H
2
O B.水泥 C.纯净的盐酸 D.普
通玻璃
答案：A
2.下列叙述正确的是
A.酸均不能与酸性氧化物反应
B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸
C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同
D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同
答案：BD
3.与普通玻璃相比具有相同组成的是
A.钢化玻璃
B.光学仪器玻璃
C.石英玻璃
D.有色玻璃
答案：C
4.下列物质有固定熔点的是
A.水泥
B.玻璃
C.Na
2O·SiO
2
D.
水玻璃
答案：C
5.熔融烧碱应选用的器皿是
A.石英坩埚
B.生铁坩埚
C.普通玻璃坩埚
D.陶瓷坩埚
答案：B
第二节硅酸盐工业简介
一、水泥
二、玻璃
三、陶瓷
教学说明
本节课在知识的理解上，亦无难点。难的是如何真正激发学生的学习兴趣，并让其产生强烈的求知欲。如若单纯地让学生去自学这部分知识，学生很容易读懂，但日后的印象会如过眼烟云；若只是教师讲述，学生会有单调乏味之感。基于以上考虑，采取录像展示(展示的资料很容易得到，且可不拘一格)、实物展示、学生自学、归纳、教师激疑引导、实验问答等教学方法，以激活学生思维。如通过演示酸与搪瓷器具的反应，可让学生对陶瓷具有抗腐蚀有较深的印象。另外，在课堂上还补充了一些课外知识，以扩大学生的知识面，让他们愉快地接受知识。
建议教师在平时要注意多搜集资料，以使课堂内容更加丰富、生动。
高分子材料与无机非金属材料、金属材料的区别有机高分子化合物简称高分子化合物或高分子，又称高聚物，与无机非金属材料、高分子材料并称三大材料。高分子材料一般具有以下特点: （1）力学性能：比强度高,韧性高，耐疲劳性好，但易应力松弛和蠕变; （2）反应性:大多数是惰性的，耐腐蚀，但粘连时要表面处理，加聚合物共混时需要表面处理，另外，有的高分子材料容易吸收紫外线或红外线及可见光发生降解; （3）物理性能：密度小，很高的电阻率，熔点相比金属较低，限制了使用领域高分子化合物的一般具有特殊的结构，使它表现出了非同凡响的特性。例如，高分子主链有一定内旋自由度，可以弯曲，使高分子链具有柔性；高分子结构单元间的作用力及分子链间的交联结构，直接影响它的聚集态结构，从而决定高分子材料的主要性能。 此外高分子材料可用纤维增强（复合材料）制成高性能的新型材料，可设极性大，部分性能超过金属。当前，高分子材料正趋向功能化，合金化发展，比传统材料有更大的发展空间和更广阔使用的领域。 高分子化合物固、液、气三种存在状态的变化一般并不很明显。固体高分子化合物的存在状态主要有玻璃态、橡胶态和纤维态。固体状态的高分子化合物多是硬而有刚性的物体。无定形的透明固体高分子化合物很像玻璃，故称它为玻璃态。在橡胶态下，高分子链处于自然无规则和卷曲状态，在应力作用下被拉伸，去掉应力又恢复卷曲，表现出弹性。纤维是由高分子化合物构成的长度对直径比大很多倍的纤细材料。 通常使用的高分子材料，常是由高分子化合物加入各种添加剂所形成，其基本性能取决于所含高分子化合物的性质，各种不同添加剂的作用在于更好地发挥、保持、改进高分子化合物的性能，满足不同的要求，用在更多的方面。 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮
重 点 突 破 锁定高考热点 探究规律方法 熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。 2．一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。 3．一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱 还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO 2＋2C===== 高温Si ＋2CO ↑，FeO ＋C===== 高温Fe ＋CO ↑。 4．硅为非金属，却可以和强碱溶液反应，放出氢气： Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。 5．一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si 是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。 6．一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO 2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。 7．一般情况，较强酸＋弱酸盐===较弱酸＋较强酸盐。虽然酸 性：H 2CO 3＞H 2SiO 3，却能发生如下反应：Na 2CO 3＋SiO 2===== 高温Na 2SiO 3＋CO 2↑。 8．一般情况，非常活泼金属(Na 、K 等)才能够置换出水中的氢， 但C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2 。 9．一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如SO 3＋H 2O===H 2SO 4，但SiO 2不溶于水，不与水反应。 题组训练
1．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素() A．在自然界中只以化合态的形式存在 B．单质常用作半导体材料和光导纤维 C．最高价氧化物不与酸反应 D．气态氢化物比甲烷稳定 解析该短周期非金属元素为Si，硅在自然界中只以化合态形式存在，A项正确；单质硅可用作半导体材料，而光导纤维的主要成分是SiO2，B项错误；Si的最高价氧化物为SiO2，其可以与氢氟酸反应，C项错误；由于非金属性Si 新型无机非金属材料有哪些 新材料全球交易网 新型无机非金属材料有哪些？“新材料全球交易网”收集整理最全新型无机非金属材料知识点。更多增值服务，请关注“新材料全球交易网”。 一、重要概念 1、新型无机非金属材料 （1）是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 （2）包括以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 2、陶瓷 （1）从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 （2）从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。 3、玻璃 （1）狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。 （2）一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。 玻璃转变温度：玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。 具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。 4、水泥 凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，能在空气或水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580℃的新型无机非金属材料 6、复合材料 由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 （1）可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石） （2）弱塑性原料：叶蜡石、滑石 （3）非塑性原料：减塑剂——石英；助熔剂——长石 3、坯料的成型的目的 化学必修1 第4 章第1 节 《无机非金属材料的主角——硅》第一课时 一、教学目标 1．知识与技能 （1）了解硅元素在自然界的存在方式。 （2）了解二氧化硅和硅酸的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质和硅酸的制备及酸性强弱。 （3）培养学生观察能力，发现、分析和解决问题的能力，动手操作和实验设计的能力。 （4）使学生了解硅产品的性能、用途，加深对化学与生产、生活实际的认识进而帮助学生树立民族自豪感，增强学好化学的自信心。 2．过程与方法 （1）学会利用物质的分类观来指导元素化合物的学习 （2）通过对硅的化学性质稳定性以及二氧化硅结构与性质关系的思考，形成结构决定性质的科学思维品质。（3）充分利用课本和课外有关硅及其化合物在生活、信息技术中应用的图片，增加学生的感性认识。 3．情感态度与价值观（1）认识硅及其化合物的广泛用途，体会化学的创造性与实用性，并关注与化学有关的实际问题。 （2）了解化学与大自然的关系，培养学生热爱化学的情绪，激发学生学习化学的兴趣。 二、教材分析 1．教学重点 二氧化硅的性质、硅酸的制取与酸性强弱 2．教学难点 二氧化硅的化学性质 三、教学方法 多媒体演示、对比探究、实验探究 四、教学过程 第一课时 教师活动 学生活动 设计意图 【引入新课】硅以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界中。如果说碳是组成生物界的主要元素，那么，硅就是构成地球上矿物界的主要元素。硅在地壳中的含量为26.3%，在所有的 元素中居第二位，地壳中含量最多的元素氧和硅结合形成的化合物，约占地壳总质量的75%。我们脚下的泥土、石头和沙子，我们使用的砖、瓦、水泥、玻璃和陶瓷等等，这些我们在日常生活中经常遇到的物质，都是硅的化合物。 【投影】生活中硅及化合物应用图片 【结论】硅是无机非金属材料的主角 【板书】硅——无机非金属材料的主角【过渡】请在元素周期表中找到硅，并且画出硅和碳的原子结构示意图。【结论】它们最外层均为四个电子，既不容易得到也不容易失去，性质稳定。【设问】碳、硅在自然存在形式有什么不同？ 首页 >> 网络课程 >> 第二章 >> 第四节 绪论 第一章第一章 工程材料的分工程材料的分类类及性能 第二章第二章 材料的材料的结结构 第三章第三章 材料制材料制备备的基本知的基本知识识 第四章第四章 二元相二元相图图及应用 第五章第五章 材料的材料的变变形 第六章第六章 钢的热处热处理理 第七章第七章 工业用钢 第八章第八章 铸铁 第九章第九章 有色金有色金属属及其合金 第十章第十章 常用非金常用非金属属材料 第十一章第十一章 工程材料的工程材料的选选用 第四节 无机非金属材料的结构 一、陶瓷材料的结构特点 对工程师来说，陶瓷包括种类繁多的物质，例如玻璃、砖、石头、混凝土、磨料、搪瓷、介 磁性材料、高温耐火材料和许多其它材料。所有这些材料的共同特征是：它们是金属和非金 合物由离子键和共价键结合在一起。陶瓷材料的显微组织由晶体相、玻璃相和气相组成，而且很大，分布也不够均匀。 与金属相比，陶瓷相的晶体结构比较复杂。由于这种复杂性以及其原子结合键强度较大，所以 例如，正常冷却速率的玻璃没有充分时间使其重排为复杂的晶体结构，所以它在室温下可长 二、陶瓷晶体 1． AX型陶瓷晶体 AX型陶瓷晶体是最简单的陶瓷化合物，它们具有数量相等的金属原子和非金属原子。它们可以 如MgO，其中两个电子从金属原子转移到非金属原子，而形成阳离子（Mg3+）和阴离子（O2－）是共价型，价电子在很大程度上是共用的。硫化锌（ZnS）是这类化合物的一个例子。 AX化合物的特征是：A原子只被作为直接邻居的X原子所配位，且X原子也只有A原子作为第一或离子是高度有序的，在形成AX 化合物时，有三种主要的方法能使两种原子数目相等，且有如 位。属于这类结构的有： （1）CsCl型 这种化合物的结构见图2-25。A原子（或离子）位于8个X原子的中心，X原子（或离子）也处但应该注意的是，这种结构并不是体心立方的。确切的说，它是简单立方的，它相当于把简单 子晶格相对平移a/2，到达彼此的中心位置而形成。 重庆大学精品课程－工程材料 硅无机非金属材料教案 一、教学目标 1. 了解硅、二氧化硅的主要性质。 2. 认识硅、二氧化硅在生产、信息技术、材料科学等领域的应用。 3、认识物之间既有相似性，又有各自的特性 4、初步培养学生自主查阅资料的能力和阅读能力 二、教学重点、难点 重点：二氧化硅的结构、性质和用途；硅单质的用途 难点：二氧化硅的结构和化学性质 三、教学方法 1、自主学习，培养学生自学的能力。 2、设疑引导、变疑为导、变教为导的思路教学法 四、教学过程 新课导入：材料是人类生活必不可少的物质基础。没有感光材料，我们就没法留下美好的回忆；没有高纯的单晶硅就没有今天的电脑；没有特殊的新型材料，火箭就没法上天，人类的登月计划也无法实现，因此说材料的发展对我们的生活至关重要。从化学的角度来说，任何物质都是由元素组成，那元素与这些材料之间又有什么样的关系呢？接下来我们就来学习一下元素与材料之间的关系。 板书：硅无机非金属材料 学生活动：阅读教材思考一下问题 1、无机非金属材料包括哪些？ 2、这类材料的特点有哪些？ 讲解： 1、无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、无机非金属涂层等 2、这类材料的特点是耐高温、硬度高、抗腐蚀，有些材料还有独特的光电性质。 一、半导体材料与单质硅 学生活动：阅读教材思考一下问题 1、什么是半导体材料？ 2、最早使用的半导体材料是什么？为什么能广泛使用？ 3、现在广泛使用的半导体材料是什么？为什么能广泛使用？ 讲解：1、半导体材料是指导电能力介于导体与绝缘体之间的一类材料； 2、最早使用的半导体材料是锗，由于其含量很低，提炼工艺复杂，价格昂贵，所以没能广泛使用。 3、现在广泛使用的半导体材料低硅，由于其储量丰富，仅次于氧，常温下化学性质稳定，所以能广泛使用。 过渡：硅除了作为半导体材料被广泛使用外，还具有什么其他的性质和用途呢？ 硅的性质与用途 1、物理性质：灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是一种良好的半导体材料。 硅的同素异形体：晶体硅和无定形硅 2、预测物质的化学性质（分类思想） 硅属于非金属单质应该和C、P、S等非金属单质具有类似的性质 1、C、P、S等非金属单质常温下性质比较稳定 硅的性质在常温也比较稳定 2、C、P、S等非金属单质在一定条件下可以和氧气反应 硅也在一定条件下和氧气反应 学生活动：画出C、Si的原子结构简图，并由此分析：硅的化学性质活不活泼，为什么？硅的化合价主要是多少？ 讲解：Si原子最外层有四个电子,既不易失电子,也不易得电子,所以,硅的化学性质不活泼。主要形成四价的化合物。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。 化学性质：（常温下比较稳定） Si+O2△SiO2（条件：研碎的硅、加热） 过渡：硅的性质比较稳定，长温下除了可以和F2、HF及强碱反应外，很难和其他物质反应 学生活动：根据硅的化合价分别写出硅与F2、HF及强碱的化学反应方程式： Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2↑ Si+2NaOH+H2O=NaSiO3+2H2↑ 过渡：高纯度的单质硅作为半导体材料而被广泛应用于电子、计算机领域，但在自然界中并没有游离态的硅存在，大多以SiO2、硅酸盐的形式存在，这就需要我们通过化学方法制取单质硅。 第一章 1. 粘土的定义：是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。 粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。 2. 粘土的成因：各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。一次粘土（原生粘土）风化残积型：母岩风化后残留在原地所形成的粘土。（深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土）。 二次粘土（次生粘土）沉积型：风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的矿床，成为二次粘土。 一次粘土与二次粘土的区别： 分类化学组成耐火度成型性 一次粘土较纯较高塑性低 二次粘土杂质含量高较低塑性高 3. 高岭土、蒙脱土的结构特点： 高岭土晶体结构式：Al4[Si4O10](OH)8，1:1型层状结构硅酸盐，Si-O四面体层和Al-(O,OH)八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。 蒙脱土（叶蜡石）是2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。单元层间靠氧相连，结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数量是可变的。 4. 粘土的工艺特性：可塑性、结合性、离子交换性、触变性、收缩、烧结性。 1)可塑性：粘土—水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形，形变过程中坯泥不开裂， 外力解除后，能维持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为可塑性。 表示方法：可塑性指数、可塑性指标 可塑性指数（w）：W=W2-W1W降低——泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。 W1塑限：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。 W2液限：粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。 塑限反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。 塑限高，表明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。 液限反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。W2上升表明颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯强度低。 可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可以以这时的相应含水率表示。 反应粘土的成型性能：应力大，应变小——挤坯成型；应力小，应变大——旋坯成型根据粘土可塑指数或可塑指标分类： i.强塑性粘土：指数＞15或指标＞3.6 ii.中塑性粘土：指数7～15，指标2.5～3.6 iii.弱塑性粘土：指数l～7，指标<2.5 iv.非塑性粘土：指数<1。 2)结合性：粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一 第四章第1节硅与无机非金属材料 【教学目标】 1.知识技能目标: 掌握硅、二氧化硅的物理化学性质，粗硅的制法。认识硅、二氧化硅作为无机非金属材料的特性及其用途。 2.方法与过程目标: 学习从不同的角度出发对常见材料进行分类的方法，能根据同一类别不同物质的性质归纳出该类物质的通性，并能运用通性简单预测其他物质的性质。 3.情感态度与价值观目标: 通过对作为计算机、光通信等高科技关键材料的硅、二氧化硅等无机非金属材料的学习，利用学生对高科技的浓烈兴趣，激发学生对化学的兴趣。 【重点、难点】 硅、二氧化硅的主要性质 【预习提纲】 一、单质硅和半导体材料 1、无机非金属材料主要包括：、、等，、 、属于传统非金属材料。 2、半导体材料指导电能力介于和之间的一类材料。 最早使用的半导体材料是，现已成为应用广泛的半导体材料。 3、硅的物理性质 单质硅有和两种。 晶体硅是色，有光泽、硬而脆的固体。 4、硅的化学性质： 常温下： 加热条件下： 5、硅的用途 硅用于制造，此外硅合金可用于制造。 二、二氧化硅与光导纤维 1、二氧化硅广泛存在于自然界中，、的主要成分就是二氧化硅。 2、二氧化硅的组成和性质 （1）二氧化硅晶体由和构成，晶体中硅原子和氧原子的个数之比是______，它的高，大，透明二氧化硅晶体俗称水晶，水晶常用来制造和等。光导纤维的主要成分： （2）化学性质： 酸性氧化物： 特性： 3、二氧化硅的用途： 【教学过程】 从现实生活中硅元素的存在引入课题 瓷器水晶太阳能电池板沙滩 一、单质硅和半导体材料 【方法介绍】：研究物质主要从存在、结构、性质、制备、用途等几个角度加以考虑。 【阅读】107、108页教材，了解硅的存在和物理性质： 1、硅的存在 自然界存在形态：，地壳当中元素含量居第位。 单质硅有和两种同素异形体。 （从组成的角度看，晶体硅和无定形硅之间是什么关系？还有哪些物质具有相同的关系？） 无机非金属材料的现状与前景 【摘要】无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在材料学飞速发展的今天，无机非金属材料有这广阔的应用前景和良好的就业形势。 【关键字】无机非金属材料方向前景智能 1. 无机非金属材料的特点及应用 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。 普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。 材料工艺性能与实验期末复习重点 1.火山灰反应：材料木身不只备水硬性，但是在碱性条件下，其水硬性能够被激发，发生 水化反应产生强度。 2.当硅酸盐水泥混凝土建筑工程遇到硫酸盐侵蚀的条件，应如何调整？ 答：⑴减少熟料中的GA的含量； ⑵增加活性混合才掺量，减少水化产物中03（014）2的含量； ⑶增加水泥细度，提高水泥混凝土的致密度； ⑷使用抗硫酸盐水泥或硫铝酸盐水泥。 3.水泥的三个率值：石灰石饱和系数、硅率、铝率。 IM铝率乂称铁率，其数学表达式为：IM = Al2O3/Fe2O3铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。 硅率表示熟料中氧化硅含量氧化铝、氧化铁之和的质量比。（表示熟料中硅酸盐矿物 与熔剂矿物的比例。）SM=———— ^2°3 + Fe2°3 K H =CaO-' 65Al:O r035Fe A石灰饱和系数KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙 2.8S Z O2 （C3S + C25 ）所需的氧化钙量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值。（即KH表熟料中二氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度. 4.碳酸钙滴定值的测定意义及测定原理： （1）测定原理：水泥生料中所有的碳酸盐（包括碳酸钙、碳酸镁）均能与标准盐酸溶液作用，生成相应的盐与碳酸（又分解为（：02与1420）,然后用NaOH标准溶液滴定过剩的盐酸， 根据消耗XaOH标准溶液的体积毫升数与浓度、计算生料中的碳酸钙的滴定值。 ⑵测定意义：①水泥生料的主耍成分是石灰石，提供所需的CaO量，以确保熟料中形成足够 的C3S;②控制生料中CaO含量，亦即控制KH;③控制生料成分的均匀性；④是对生料质量控 制的主要项目之一，可以很好地控制水泥的连续化生产。。 5.游离氧化钙：游离氧化钙是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态存在的氧化钙，又称游离石灰（f-CaO）o 6.为什么过量的游离氧化钙会引起水泥安定性不良？ 答：游离氧化钙水化很慢，在水泥浆体硬化后体积继续膨胀，造成硬化水泥局部膨胀应力。因而若游离氧化钙过量，会使水泥的强度下降，造成水泥的安定性不良。 7.为什么过量的游离三氧化硫会引起水泥的安定性不良？ 答：水泥熟料在粉磨过程中，必须加入适量的石膏起到缓凝作用，石膏和C3A反应生成钙矶石，包裹在C3A表面，阻止了快速水化和闪凝，AFt （钙矾石）形成需要大量结晶水， 如果水泥中含有过量的S03,水化后会有该反应，在硬化后的水泥中产生针棒状的Aft 晶体， 造成水泥体积膨胀，从而造成水泥安定性不良。 无机非金属材料 核心知识点一： 一、硅酸盐材料 硅酸盐是由盐、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多不溶于水，化学性质很稳定。 1. 硅酸 （1）物理性质 不溶于水、无色透明、胶状（硅胶）。 硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用催化剂的载体。 （2）化学性质 ①弱酸性：所以在与碱反应时只能与强碱反应 H2SiO3 + 2NaOH＝Na2SiO3 + H2O H2SiO3 + 2OH－＝SiO32－+ 2H2O 比碳酸酸性弱：Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+ H2SiO3 ②硅酸的热稳定性较弱，受热易分解为SiO2和水：H2SiO3H2O＋SiO2 （3）制备方法 由于SiO2不溶于水，所以硅酸只能用间接的方法制取，一般用可溶性硅酸盐+酸制得。 Na2SiO3 + 2HCl＝2NaCl + H2SiO3 ↓ SiO32－+ 2H+＝H2SiO3 ↓ 【注意】①硅酸不溶于水，不能用SiO2与水反应制取硅酸 ②硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱，所以往可溶性硅酸盐溶液中通入CO2也可以制取硅酸： Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3 ↓ SiO32－＋CO2＋H2O＝CO32－＋H2SiO3 ↓ ③如前所述， SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，该反应在高温条件下进行，有利于CO2从体系中挥发出来，而SiO2为高熔点固体，不能挥发，所以反应可以进行，符合难挥发性酸酐制取易挥发性酸酐的原理；而上述反应“Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+ H2SiO3↓”可以进行，是因为该反应是在溶液中进行的，符合复分解反应的原理，两者反应原理不矛盾【想一想】碳酸和硅酸的酸性比较 2. 硅酸钠 （1）物理性质：最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 【注意】①硅酸钠溶液可用玻璃瓶盛装，但是不能用玻璃塞，应用橡胶塞或木塞。 ②玻璃中含有二氧化硅，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。 （2）化学性质 无机材料光学性能 1、折射率定义，影响因素 介质对光的折射性质 光在真空和材料中的速度之比即为材料的绝对折射率。介质材料的折射率一般为大于1的正数。折射实质：介质密度不同 光通过时速度不懂 折射率的影响因素（1）构成材料元素的离子半径(离子半径+ 介电系数+ 折射率+)（2）材料的结构、晶型、非晶态（3）材料的内应力（4）同质异构体 温度+折射率- 2、散射本质：光波遇到不均匀结构产生次级波，与主波方向不一致，与主波合成出现干涉现象，使光偏离原来的方向，引起散射。 8、影响材料透光性的原因。影响材料散射的原因？晶体双折射对散射的影响？ 吸收系数:材料的性质相关。反射系数:相对折射率、表面粗糙度相关 散射系数: 影响透光性的主要因素。影响材料散射的原因： （1）材料的宏观及显微缺陷：材料中的缺陷与主晶相不同，于是与主晶相具有相对折射率，此值越大，反射系数越大，散射因子也越大，散射系数变大。 （2）晶粒排列方向的影响：各向异性体，存在双折射。多晶无机材料，相邻晶粒之间的结晶取向不同,晶粒之间会产生折射率的差别，引起晶界处的反射与散射损失。影响多晶无机材料透光率的主要因素就是晶体的双折射率。 左晶粒的寻常光折射率n0与右晶粒的非寻常光折射率ne 两个晶粒相对折射率相同， n0/n0=1，无反射损失； n0/ne =1，S=0,K=0;n0/ne >1，S 、K 都较大（S 吸收系数K 散射因子） 应用：α-Al2O3晶体的n0=1.76，ne =1.768，若相邻晶粒的取向互相垂直，晶界面的反射系数为：m=(n0/ne-1)^2/(no/ne+1)^2 材料厚2mm ，晶粒平均直径为10μm ，理论晶界为200个，由于晶界的反射损失，剩余光强： 反射损失小 d >>λ时，S=3KV/4R, n 21=n0/ne =1.768/1.76≈1，K ≈0，S ≈0，折射损失小 （3）气孔引起的散射损失：所以气孔引起的反射、散射损失比杂质、不等向晶粒排列等因素引起的损失大。气孔引起的散射损失与气孔的直径有关。 应用：改善烧结工艺（热等静压烧结、热压烧结），使气孔直径减小到0.01μm （小于可见光波长的1/3)，气孔的含量0.63%， Al2O3陶瓷透光: 材料厚3mm ： 9、材料吸收带边/带隙宽度的计算，光吸收的一般律及光散射的一般规律、公式计算？ 材料厚度计算： α 取决于材料的性质和光的波长。 1． 一入射光以较小的入射角i 和折射角r 通过一透明玻璃板,若玻璃对光的衰减可忽略不计,试证明：透过后的光强为(1-m)2、 W ，W ′，W ′′分别为单位间内通过单位面积的入射光、反射光和折射光的能量流。 反射系数m = W ′/W 透射系数T ：W ′′/W=1-m=1- W ′/W 621014.51760.1/768.11760.1/768.1-?=??? ??+-=m 0 2000%897.99)1(I m I =-())(0032.0276.1176.1106.00063.0)10005.0(322132122243334222434---=??? ? ??+-????=???? ??+-=mm n n V R S πλπ0 030032.00%99.099.0I I e I I ===?- (本栏目内容在学生用书中以活页形式分册装订！) 一、选择题 1．下列不是水玻璃用途的是() A．肥皂填料B．木材防火剂 C．纸板黏胶剂D．建筑装饰材料 解析：水玻璃是Na2SiO3溶液，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 答案： D 2．下列物质中，不含有硅酸盐的是() A．水玻璃B．硅芯片 C．黏土D．普通水泥 解析：水玻璃是Na2SiO3的水溶液，黏土和普通水泥的主要成分都是硅酸盐，硅芯片的主要成分是硅。 答案： B 3．SiO2属于酸性氧化物的理由主要是() A．硅是非金属元素 B．SiO2对应的水化物是可溶性弱酸 C．SiO2能与强碱反应生成盐和水 D．SiO2不能与酸反应 解析：依据酸性氧化物的概念进行判断——能与强碱反应生成盐和水的氧化物。 答案： C 4．下列说法错误的是() A．二氧化硅是光导纤维的主要原料 B．硅是信息技术的关键材料 C．陶瓷餐具所用材料为硅酸盐 D．水晶镜片所用原料为硅酸盐 解析：石英、水晶、光导纤维主要成分为SiO2。Si用于信息产业及硅光太阳能电池。传统硅酸盐材料是陶瓷、水泥、玻璃，新型无机非金属材料为光导纤维、生物陶瓷等。 答案： D 5．下列物品或设备：①水泥路桥②门窗玻璃③水晶镜片 ④石英钟表⑤玛瑙手镯⑥硅太阳能电池⑦光导纤维 ⑧计算机芯片。所用材料为SiO2或要用到SiO2的是() A．①②③④⑤⑦B．全部 C．⑥⑧D．①②⑦⑧ 解析：⑥、⑧用到的材料是Si而不是SiO2，其余都用到SiO2。 答案： A 6．下列反应的离子方程式中，正确的是(多选)() A．二氧化硅和氢氟酸反应：SiO2＋4H＋===Si4＋＋2H2O B．二氧化硅和氢氧化钾溶液反应：SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O C．水玻璃中滴入盐酸：SiO2－3＋2H＋===H2SiO3↓ D．碳酸钡滴加稀硝酸：CO2－3＋2H＋===H2O＋CO2↑ 解析：A中氢氟酸是一种弱酸，不能拆写成离子的形式；D中碳酸钡是一种难溶性的物质，也不能拆写成离子的形式。 答案：BC 7．高岭土的组成可表示为Al2Si2O x(OH)y，其中x、y的数值分别是() A．7,2 B．5,4 C．6,3 D．3,6 解析：一般利用化合物中化合价代数和等于零的规则来列方程求解。已知化合价：Al为＋3价，Si为＋4价，O为－2价，(OH)为－1价。则2×(＋3)＋2×(＋4)＋x×(－2)＋y×(－1)＝0，化简得：2x ＋y＝14，将各项代入，只有B项符合该方程。 答案： B 无机非金属材料中的常见结构类型 高分子材料与无机非金属材料、金属材料的区别 有机高分子化合物简称高分子化合物或高分子，又称高聚物，与无机非金属材料、高分子材料并称三大材料。高分子材料一般具有以下特点: （1）力学性能：比强度高,韧性高，耐疲劳性好，但易应力松弛和蠕变; （2）反应性:大多数是惰性的，耐腐蚀，但粘连时要表面处理，加聚合物共混时需要表面处理，另外，有的高分子材料容易吸收紫外线或红外线及可见光发生降解; （3）物理性能：密度小，很高的电阻率，熔点相比金属较低，限制了使用领域高分子化合物的一般具有特殊的结构，使它表现出了非同凡响的特性。例如，高分子主链有一定内旋自由度，可以弯曲，使高分子链具有柔性；高分子结构单元间的作用力及分子链间的交联结构，直接影响它的聚集态结构，从而决定高分子材料的主要性能。 此外高分子材料可用纤维增强（复合材料）制成高性能的新型材料，可设极性大，部分性能超过金属。当前，高分子材料正趋向功能化，合金化发展，比传统材料有更大的发展空间和更广阔使用的领域。 高分子化合物固、液、气三种存在状态的变化一般并不很明显。固体高分子化合物的存在状态主要有玻璃态、橡胶态和纤维态。固体状态的高分子化合物多是硬而有刚性的物体。无定形的透明固体高分子化合物很像玻璃，故称它为玻璃态。在橡胶态下，高分子链处于自然无规则和卷曲状态，在应力作用下被拉伸，去掉应力又恢复卷曲，表现出弹性。纤维是由高分子化合物构成的长度对直径比大很多倍的纤细材料。 通常使用的高分子材料，常是由高分子化合物加入各种添加剂所形成，其基本性能取决于所含高分子化合物的性质，各种不同添加剂的作用在于更好地发挥、保持、改进高分子化合物的性能，满足不同的要求，用在更多的方面。 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料一般具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。金属材料则一般具有导电、导热、磁性的物理性能，并能表现出一定的强度、硬度和可塑性。 一概述 1.材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。材料性能关系到材料的应用材料含义在于应用，材料的什么决定应用的概念和设计，决定了应用的基础——综合的性能决定最终产品的形态和应用…… 2.材料研究的核心问题：以材料的结构和性能为研究对象，并重点研究结构与材料性能之间的关系，为材料性能的改进和新材料的开发提供指导。 3材料结构层次：原子结构，晶体结构——功能材料密切相关；显微结构，微观组织——结构材料密切相关；宏观结构——复合材料相关；、 4材料的电子结构——指材料中的电子分布和状态，它不同于单个的分子和原子的电子结构，因为这两者不是长程的完整的材料。它是决定材料晶体结构的主要和本质原因。 5. 电子波动反映到原子中，为驻波。 6.现代材料结构和性能测量的重要原理和基础：X光衍射和电子显微技术——微观结构，磁性分布和能隙空间分布等等，其中大都以微观过程或性能直接体现了量子效应和作用…… 7.量子理论是解决电子结构的惟一工具。是以能量的量子化和波函数概念为核心的，可依照薛定额方程确定的第一性原理分析方法。 二、晶体结构 1晶体的特征：均匀性；各向异性；自发地形成多面体外形；晶体具有明显确定的熔点；晶体的对称性；晶体对X射线的衍射； 2晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观特性的反映。 3晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况 4晶体与非晶体的最本质差别在于组成晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列的（长程序），而非晶体中这些质点除与其最近邻外，基本上无规则地堆积在一起（短程序）。晶体与非晶体之间的主要差别在于它们是否有三维长程点阵结构。 5晶体――原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性地排列构成的固体 6固体分类(按结构)――晶体:长程有序；非晶体:不具有长程序的特点,短程有序；准晶体:有长程取向性，而没有长程的平移对称性。 7在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个基本结构单元称为基元，基元是晶体结构中最小的重复单元，基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。晶格+基元=晶体结构 8晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地做周期性无限分布，通过这些点做三组不共面的平行直线族，形成一些网格，称为晶格(或者说这些点在空间周期性排列形成的骨架称为晶格)。9取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理学（简称原胞）。 10结晶学原胞（简称单胞）构造：使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方向，它具有明显的对称性和周期性。 11维格纳--塞茨原胞构造：以一个格点为原点，作原点与其它格点连接的中垂面(或中垂线)，由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积(或面积)即为W--S原胞。特点：它是晶体体积的最小重复单元，每个原胞只包含1个格点。其体积与固体物理学原胞体积相同。 12原胞与分类—7大晶系 晶系晶轴轴间夹角实例 立方 a = b = c α=β=γ= 900Cu, NaCl 四方 a = b ≠ c α=β=γ= 900Sn, SiO2 正交 a = ≠ b ≠ c α=β=γ= 900I2, BaCO3 三方 a = b = c α=β=γ≠ 900As, Al2O3 a = b ≠ c α=β= 900，γ = 1200 单斜 a ≠ b ≠ c α= γ= 900，β≠ 900KClO3 三斜 a ≠ b ≠ c α≠ β≠ γ≠ 900 K2CrO7 六方 a = b ≠ c α=β= 900，γ =1200 Mg,CuS ●一、填空题[每空1分，共12分] ●二、名词解释题[每题5分，共20分] ●三、问答题（每题8分，共48分） ●四、计算题（共20分，每题10分） ●弹性模量E的本质 ●上限和下限弹性模量及有气孔陶瓷的E ●金属、非金属晶体塑性变形难易程度不同的机理 ●材料的理论强度 ●微裂纹强度 关于微裂纹强度公式的4个讨论 Griffith关于裂纹扩展的能量判据 ?线性断裂力学判据KI=KIC ?应力强度因子、断裂韧性（物理意义、区别、联系） ?应力、应力强度因子 ?克服材料脆性和改善其强度的措施及机理 ?格波的分类 ?热容理论的发展（经典、爱因斯坦、德拜） ?晶态固体热容规律 ?热膨胀的本质 ?热膨胀机理 ?热膨胀系数滞后现象、原因 ?比较同一组成的单晶、多晶、非晶态物质的热导率 ?抗热震性概念、陶瓷材料在热冲击下的损坏类型 ?抗热冲击断裂和抗热冲击损伤因子与σ、E关系为何相反? ?热稳定性评价因子及其适用条件. ?载流子、离子电导、电子电导及物理效应 ?离子晶体中有什么电导机制? ?离子晶体里的离子都是载流子? ?载流子的迁移率的物理意义 ?电导率的微观本质 ?离子电导率与温度关系 ?关于离子载流子电导活化能的计算 ?绝缘体、半导体、导体的能带结构 ?电介质半导化：杂质缺陷、本征缺陷；价控半导体(结合例题) ?玻璃电导特点 ?降低玻璃电导的措施 ?电极化、偶极子、电偶极矩、质点的极化率、局部电场、极化强度等的概念?克劳修斯-莫索蒂方程的使用范围、意义、讨论 ?电介质的基本极化机制及区别 ?介电损耗的形式 ?降低陶瓷介质的tg 方法 ?本征击穿与热击穿 ?影响电介质击穿强度下降的因素(结合例子) ?画出铁电体的电滞回线,各物理量的物理意义 【同步教育信息】 一. 本周教学内容： 第4章第1节硅无机非金属材料 二. 教学目的 1、掌握硅及二氧化硅的重要性质，了解其应用。 2、体会物质的性质与材料性能的密切关系。 3、认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响。 三. 教学重点、难点 硅及二氧化硅的性质 四. 知识分析 （一）导体材料与单质硅 1、半导体材料 半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。最早使用的半导体材料是锗，但因其含量低，提炼工艺复杂，价格昂贵，而不适合广泛使用。目前广泛使用的半导体材料是硅元素，在地壳中含量居第二位，该元素全部以化合态存在于自然界中，储量丰富。常见的有晶体硅和无定形硅等形式存在。 2、单质硅 （1）物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高（1410℃），是良好的半导体材料。 （2）化学性质: 常温下不活泼，只与F2及HF 和强碱反应。在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。 Si + 2F2＝SiF4 Si + 4HF ＝SiF4↑+ 2H2↑ Si+ 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 +2 H2 ↑ Si+ O2 ? SiO2 Si + 2Cl2 ? SiCl4 （3）硅的制备 由于自然界中没有单质硅的存在，因此我们使用的硅，都是从它的化合物中提取的。在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。 制粗硅：SiO2 + 2C 高温 Si + 2CO ↑ 制高纯硅：Si + 2Cl2 ? SiCl4 SiCl4 + 2H2 ? Si + 4HCl （4）硅的用途： 硅可用来制造集成电路，太阳能电池，硅整流器等。硅合金可用来制造变压器铁芯，耐酸设备等。 思考：判断下列说法是否正确： ①非金属单质不能与碱液反应放出氢气 ②非氧化性酸不能与非金属单质反应 ③自然界中含大量的硅单质，其含量仅次于氧 （解答：①×②×③×） （二）二氧化硅与光导纤维 1、二氧化硅的存在 二氧化硅广泛存在与自然界中，常见的有沙子石英和水晶，另外二氧化硅也是构成岩石的重要成分。 2、二氧化硅的物理性质 纯净的二氧化硅晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶剂。 3、二氧化硅的化学性质 二氧化硅化学性质不活泼。是一种酸性氧化物。常温下与氢氟酸反应，与碱溶液缓慢反应，高温下与碱性氧化物反应。 Si O2+ 4HF ＝SiF4↑+ 2H2O SiO2+ 2NaOH ＝Na2SiO3 + H2 O新型无机非金属材料有哪些
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无机非金属材料中的常见结构类型
尹从岭
（北京大学化学与分子工程学院）
摘要：本文综述了无机非金属材料中的常见结构类型，介绍了它们之间的联系与区别。 关键词：钙钛矿；钨青铜；尖晶石；六方密堆积；立方密堆积 无机化合物的结构型式复杂多样，本文选择一些简单而重要的结构型式加以讨论。 1． MX 型化合物的结构 1． NaCl 型的晶体结构 在 NaCl 的晶体中，Na+和 Cl-交替排列，具有正八面体配位，晶体属于面心立方点阵 Oh 点群。 NaCl 晶体结构可看作 Cl-作立方最密堆积， 在这堆积的每个八面体空隙中填入 Na+。 晶体结构示于图 1 中。属于 NaCl 型结构的化合物有离子键型的 碱金属卤化物和氢化物，碱土金属的氧化物和硫化物；有过渡 键型的金属氧化物、硫化物以及间隙型的碳化物和氮化物。 LiVO2 是与 NaCl 结构相关的化合物。LiVO2 结构中氧离子 构成立方密堆积，金属离子沿体对角线方向交替占据八面体空 隙，形成锂原子层和钒原子层。图 2 Li+ 给出了 LiVO2 的晶体结构。LiVO2 可 以看作是有序的 NaCl 结构，具有三 图 1 NaCl 的结构 2O 方对成行，空间群为 R32/m。在较高 的温度下，LiVO2 结构中的两种阳离子趋于无序分布，LiVO2 转 变成典型的 NaCl 立方结构。 3+ NbO 是另外一个与 NaCl 结构相关的化合物。 NbO 结构中， 在 V 有 1/4 的铌和氧格位未被占据， 因而可以看作 NaCl 的有序缺陷结 构。 NbO 结构中， 是平面四方配位。 在 Nb NbO 结构也可以看作是由八面体金属原 子簇 Nb6 共用顶点而形成的骨架结构。 NbO 的结构如图 3 所示。 CaC2 是另外一个与 NaCl 结构相关的 图2. LiVO2的结构 化合物。CaC2 有多种晶型，四方晶系的 图 3. NbO 的结构 22+ CaC2 由 Ca 和 C2 组成，Ca2+和 C22-的分布和 NaCl 相似，但由于 C22-离子是哑铃状，而不是球形，使结构沿 c 轴方向拉长成四方晶系。结构的图形示于图 4。 2．CsCl 型的晶体结构 在 CsCl 的晶体结构中，Cl-作简单立方堆积，Cs+填入 立方体空隙中，正、负离子的配位数均为 8，其结构示于 图 5。 CsCl 型结构属于简单立方点 阵，Oh 点群。属于 CsCl 型的例子 化合物有 CsCl， CsBr， CsI， RbCl， ThCl， TlCl， TlBr， 4Cl， 4Br， NH NH
图 5. CsCl 的结构
C2
Ca2
图 4. CaC2 的结构高分子材料与无机非金属金属材料的区别
无机非金属材料结构知识点整理
无机非金属材料性能
硅无机非金属材料
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