化學(xué)：《功能各異的無機(jī)非金屬材料》課件2（27張PPT）（蘇教版選修1）

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歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第二單元功能各異的無機(jī)非金屬材料 無機(jī)非金屬材料種類繁多 功能各異 應(yīng)用十分廣泛 其歷史可追溯到遠(yuǎn)古時代 從我們的祖先用黏土制作陶器 到現(xiàn)代人通過光導(dǎo)纖維通訊聯(lián)系 人類利用自然界提供的各種資源 研制了許許多多的無機(jī)非金屬材料 我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫奶沾?玻璃器皿 煤氣爐具點(diǎn)火裝置使用的壓電陶瓷 電器設(shè)備中的半導(dǎo)體材料 電視顯像管中的熒光粉 磁帶和磁性陶瓷使用的磁性材料 醫(yī)療中使用的人造牙齒等 都屬于無機(jī)非金屬材料 陶瓷工業(yè)發(fā)展更加迅速 各種新型陶瓷不斷問世 美國 哥倫比亞 號航天飛機(jī)的外殼 就是鋪砌了3 2萬塊這樣的金屬陶瓷耐熱片 用新型陶瓷材料代替金屬材料制發(fā)動機(jī) 1990年我國第一臺無水冷發(fā)電機(jī)試車成功 這是繼美 日之后 國際上僅有的幾次試驗(yàn)之一 專家們預(yù)言 隨著新陶瓷技術(shù)的發(fā)展 人類將 重返 石器時代 不過是一個全新的石器時代 陶瓷 傳統(tǒng)的陶瓷工藝陶器和瓷器的坯體都是用黏土制成的 制作瓷器的黏土較純凈 普通陶器較為粗糙 有不同程度的滲透性 如果在坯體上涂上彩釉 燒制后可得到表面光滑 不滲水 色彩絢麗的陶瓷器具 2 形形色色的玻璃 純堿石灰石石英 玻璃窯 Na2SiO3CaSiO3SiO2 思考1 常見的玻璃呈現(xiàn)暗綠色 淺棕色 紅色 藍(lán)色 這是什么原因 氧化亞鐵 氧化鐵 氧化亞銅 Co2O3 思考2 有些玻璃表面常會看到少量的氣泡 什么原因 玻璃制作時應(yīng)注意什么問題 思考3 玻璃有何特點(diǎn) 玻璃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 玻璃態(tài)物質(zhì)玻璃是無定形硅酸鹽的混合物 屬于玻璃態(tài)物質(zhì) 玻璃態(tài)物質(zhì)的粒子不像晶體那樣有嚴(yán)格的空間排列 但也不完全是無規(guī)則的排列 人們把這種結(jié)構(gòu)特征稱為 短程有序 遠(yuǎn)程無序 就是說從小范圍看它有一定的晶型排列 從整體上看卻無晶型的排列規(guī)律 玻璃態(tài)物質(zhì)沒有固定的熔點(diǎn) 可以在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化變成液態(tài) 在軟化狀態(tài)時 玻璃可吹制或軋成一定形狀的制品 對普通玻璃進(jìn)行處理可以改善玻璃的性能 1 鋼化玻璃機(jī)械強(qiáng)度大 抗震 不易破碎 即使破碎也不會形成有棱角的碎片 2 刻花玻璃上雕刻有各種精美的花紋圖案 3 鍍膜玻璃可以做鏡子 玻璃幕墻等 玻璃加熱到一定溫度后急劇冷卻 就得到鋼化玻璃 氫氟酸與玻璃發(fā)生的反應(yīng)可以表示為 SiO2 4HF SiF4 2H2O 鍍膜玻璃外形美觀 還可以阻擋紅外線及紫外線的穿透 在玻璃上鍍銀 真空鍍鋁是制造鍍膜玻璃常用的方法 夾層玻璃 夾層玻璃受到撞擊時只會裂開 而不會粉碎 夾層玻璃共有三層 兩層玻璃夾著厚度約為0 76mm的中間層 夾層玻璃中間層的材料通常為粘著性能較好的聚乙烯醇丁醛 PVB 當(dāng)玻璃受到撞擊而損壞時 中間的膠片便可粘著外面的玻璃 防止碎片四處飛散 變色玻璃 在玻璃中加入適量的溴化銀 AgBr 和氧化銅的微小晶粒 經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚?可以制成變色玻璃 你知道玻璃變色的原因嗎 當(dāng)強(qiáng)光照射到玻璃上 溴化銀分解為銀和溴單質(zhì) 分解出的銀原子聚集成銀的微小晶粒 使玻璃呈現(xiàn)暗棕色 能擋住大部分光線 光線變暗 銀和溴在氧化銅的催化作用下 重新生成溴化銀 于是玻璃的顏色自動變淺 透光性增強(qiáng) 幾種玻璃的特性和用途 二氧化硅 聚甲基丙烯酸甲酯 粘土石灰石 水硬性 水泥回轉(zhuǎn)窯 3CaO SiO22CaO SiO23CaO Al2O3 3 硅酸鹽水泥 原料 水泥 水泥沙漿 水泥 沙子和水 混凝土 水泥 沙子和碎石 水泥的硬化水泥 cement 的硬化過程可分為兩個階段 第一階段是水泥加水后逐步發(fā)生水化反應(yīng) 從具有可塑性與流動性的水泥漿 變成非流動性的水泥顆粒并喪失可塑性 第二階段是水泥顆粒逐步吸收水 進(jìn)一步發(fā)生水化反應(yīng) 硬化成機(jī)械強(qiáng)度高的固體 在水泥組成中 與水作用速率最大的鋁酸三鈣和硅酸三鈣 加入石膏 硫酸鈣和鋁酸三鈣作用生成難溶的鋁硫酸鈣 延緩水泥的硬化速率 水泥不宜久存 保存不當(dāng)或存放時間太長會導(dǎo)致水泥受潮結(jié)塊 影響水泥的強(qiáng)度 受潮后的水泥表面結(jié)塊 從而喪失凝聚力 導(dǎo)致強(qiáng)度下降 輕微結(jié)塊的水泥 強(qiáng)度降低10 20 即使在良好的儲存條件下 水泥也不宜儲存過久 因?yàn)樗鄷湛諝庵械乃趾投趸?發(fā)生質(zhì)變 據(jù)統(tǒng)計(jì) 儲存三個月后 水泥的強(qiáng)度降低10 20 六個月后降低15 30 一年后降低25 40 購買水泥時要了解水泥的生產(chǎn)日期 水泥被廣泛用作建筑材料 但是由于它的顏色單調(diào) 暴露在外面不太美觀 為此 人們通過研究和實(shí)驗(yàn) 研制出了白水泥和彩色水泥 氯化鈷在含有不同數(shù)目的結(jié)晶水時會呈現(xiàn)不同的顏色 如CoCl2呈藍(lán)色 CoCl2 H2O呈藍(lán)紫色 CoCl2 2H2O呈紫紅色 CoCl2 6H2O呈粉紅色 利用此性質(zhì) 人們將氯化鈷加入水泥中 制成了變色水泥 請說明變色水泥在空氣中主要受什么因素影響而改變顏色 變色水泥的顏色主要受空氣中水分含量的影響 例如 空氣干燥時可能呈藍(lán)色或藍(lán)紫色 CoCl2或CoCl2 H2O 空氣潮濕時可能呈紫紅色或粉紅色 CoCl2 2H2O或CoCl2 6H2O 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 人們對生活品質(zhì)的要求不斷提高 促使人們不斷去研究性能更加優(yōu)越的新型無機(jī)非金屬材料 請思考 1 傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料有哪些優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 2 針對這些優(yōu)缺點(diǎn) 你認(rèn)為新型無機(jī)非金屬材料具有哪些特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 性質(zhì)穩(wěn)定 抗腐蝕 耐高溫等 缺點(diǎn) 質(zhì)脆 經(jīng)不起熱沖擊等 新型無機(jī)非金屬材料的特性 1 耐高溫 強(qiáng)度高 如氮化硅陶瓷在1200度的高溫下 仍具有很高的強(qiáng)度 可用來制造汽輪機(jī)葉片 軸承 永久性模具等 2 具有電學(xué)特性 一些新型非金屬材料可以用作絕緣體 有的可以作為半導(dǎo)體 導(dǎo)體 超導(dǎo)體等 3 具有光學(xué)特性 有些新型無機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色光 有的能透過可見光 有的能使紅外線 雷達(dá)射線穿過 4 具有生物功能 如人造牙齒 人造骨骼等 具有良好的生物兼容性 適合植入體內(nèi) 對肌體無免疫排斥作用 無溶血 凝血反應(yīng) 對人體無毒 新型無機(jī)非金屬材料 光纖 光纖通信較之普通電纜通信有許多突出的優(yōu)點(diǎn) 首先 光纖通信有巨大的信息容量 一根頭發(fā)絲那么細(xì)的光導(dǎo)纖維可以通幾萬路電話或2000路電視 如果用許多根光導(dǎo)纖維組合成光纜 它的通信容量更大得驚人 其次 光纖通信不受外界電磁場的干擾 工作穩(wěn)定可靠 保密程度高 第三 光纖通信損耗低 目前無中繼傳送距離一般為30 70km 而同軸電纜每隔1 5km就需設(shè)立一個中繼站 來補(bǔ)償電信號在傳輸中的損耗 很適合遠(yuǎn)距離信息傳輸 光導(dǎo)纖維主要成分 SiO2 主要特點(diǎn) 1 通信容量大 信號傳輸質(zhì)量高 2 抗干擾性能好 不發(fā)生輻射 能防切聽 3 質(zhì)量小 不怕腐蝕 鋪設(shè)方便 醫(yī)生的好助手因?yàn)楣饫w又細(xì)又軟 故可將醫(yī)生用來觀察人體內(nèi)部病變情況的內(nèi)窺鏡 目前 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上 普遍使用一種連接著許多光纖的胃鏡 把胃鏡插入病人胃里 胃鏡接收到的光線沿著這些光纖傳到體外 合成圖像 光纖胃鏡的光源是在體外由光纖傳進(jìn)去的 它不產(chǎn)生熱輻射 能減輕病人的痛苦 光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的另一個重要應(yīng)用是通過微細(xì)的光纖將高強(qiáng)度的激光輸入人體的病變部位 用激光來切除病變部位 這種手術(shù)不用切開皮膚和切割肌肉組織 減少了病人的痛苦 而且切割部位準(zhǔn)確 手術(shù)效果好 在光導(dǎo)纖維的一頭裝上精致小巧的微型鏡頭 將胃內(nèi)的情況傳到體外拍攝下來或顯示在屏幕上 還可以在胃鏡光纖中留出空的通道 以插入切取生理切片的鑷子 近年來 一種激光光纖藥頭內(nèi)窺鏡碎石系統(tǒng)已研制成功 這種系統(tǒng)利用胃鏡把帶有藥頭的光纖導(dǎo)管送入胃中 然后沿光纖通入激光 激光可以產(chǎn)生沖擊波 擊碎胃石 再用胃鏡把碎石取出 主要用于治療膀胱結(jié)石 輸尿管結(jié)石和膽結(jié)石等疾病 光導(dǎo)纖維的制造 把氧氣和四氯化硅蒸氣的混合氣體通過在高溫爐中旋轉(zhuǎn)和移動的石英管 能反應(yīng)生成二氧化硅 把得到的沉積在管內(nèi)的二氧化硅熔化 形成 玻璃棒 在1900 2000 的高溫下再將其熔化 拉制成粗細(xì)均勻的光纖細(xì)絲 陶瓷應(yīng)用的新天地當(dāng)宇宙飛行器完成航天任務(wù)返回地球時 它面臨著與隕星一樣的處境 研究結(jié)果表明 當(dāng)宇宙飛行器的飛行速度等于聲速的3倍時 其前端的溫度可達(dá)330 當(dāng)飛行速度等于6倍聲速時 可達(dá)1480 宇宙飛行器邀游太空歸來 到達(dá)離地面60 70km的高度時 其速度仍保持在聲速的20多倍 溫度在10000 以上 這樣的高溫足以把宇宙飛行器化作一團(tuán)熊熊的烈火 高速帶來了高溫 這似乎是一道不可逾越的障礙 人們把這種障礙稱為 熱障 怎樣使宇宙飛行器克服 熱障 安全地返回地面呢 科學(xué)家經(jīng)隕石研究后發(fā)現(xiàn) 隕石表面雖已熔融 但里面的化學(xué)成分沒有變化 這說明隕石在下落過程中 盡管表面因摩擦生熱產(chǎn)生幾千度高溫而熔融 但由于穿過大氣層的時間很短 熱量還來不及傳到隕石內(nèi)部 這給科學(xué)家以啟發(fā) 讓宇宙飛行器的頭部戴一頂用燒蝕材料做成的頭盔 把重返大氣層時摩擦產(chǎn)生的熱量消耗在燒蝕材料的熔融 氣化等一系列物理和化學(xué)變化中 達(dá)到保護(hù)宇宙飛行器的目的 如美國 哥倫比亞 號航天飛機(jī)的外殼 就是鋪砌了3 2萬塊這樣的新型陶瓷耐熱片 新型陶瓷 結(jié)構(gòu)陶瓷 工程陶瓷 具有機(jī)械功能 熱功能和部分化學(xué)功能的陶瓷 如納米陶瓷 功能陶瓷 具有電 光 磁 化學(xué)和生物特性 且有相互轉(zhuǎn)換功能的陶瓷屬于功能陶瓷 如生物陶瓷等 新型無機(jī)非金屬材料 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 在材料中 有一類叫做結(jié)構(gòu)材料 主要指利用其強(qiáng)度 硬度 韌性等機(jī)械性能制成的各種材料 金屬作為結(jié)構(gòu)材料 一直被廣泛使用 金屬易受腐蝕 在高溫時易氧化 不適合高溫使用 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的出現(xiàn)彌補(bǔ)了金屬的缺陷 這類材料能經(jīng)受高溫 不怕氧化 耐酸堿腐蝕 硬度大 耐磨損 密度小等優(yōu)點(diǎn) 新型無機(jī)非金屬材料 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 氧化鋁陶瓷 人造剛玉 利用其熔點(diǎn)很高 可用作高級耐火材料 如坩堝 高溫爐管 利用其硬度大 可以制造在實(shí)驗(yàn)室使用的剛玉球磨機(jī) 利用高純度的氧化鋁陶瓷 制作高壓鈉燈的燈管 氮化硅陶瓷 是一種超硬物質(zhì) 本身具有潤滑性 并且耐磨損 除HF外 不與其他無機(jī)酸反應(yīng) 抗腐蝕能力強(qiáng) 而且還能抵抗冷熱沖擊 常被用來制造軸承 汽輪機(jī)葉片 機(jī)械密封環(huán) 永久性模具 甚至制造柴油機(jī) 討論 采用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷制造發(fā)動機(jī)有哪些優(yōu)點(diǎn) 用耐高溫且不易傳熱的氮化硅陶瓷做成發(fā)動機(jī)部件的受熱面 不僅可以提高柴油機(jī)質(zhì)量 節(jié)省燃料 而且提高熱效率 透明陶瓷和納米陶瓷一般陶瓷因?yàn)閮?nèi)部有雜質(zhì)和氣孔而不透明 用高純度的原料可獲得透明陶瓷 這些透明陶瓷不僅光學(xué)性能優(yōu)異 而且耐高溫 熔點(diǎn)一般都在2000 以上 透明陶瓷的透明度 強(qiáng)度 硬度都高于普通玻璃 用透明陶瓷制造高壓鈉燈 發(fā)光效率比高壓汞燈高一倍 使用壽命可達(dá)2萬小時 人們把陶瓷粉體的顆粒加工到納米級 便得到了納米陶瓷 納米陶瓷成功地解決了陶瓷易碎的問題 納米陶瓷還具有延展性 如室溫下合成的Ti02陶瓷可以彎曲 塑性 韌性好 納米氧化鋯陶瓷顆粒 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全