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第八章化学与材料本讲稿第一页，共四十一页金属元素金属元素 87种种非金属元素非金属元素 22种种 109种元素种元素本讲稿第二页，共四十一页8.1 8.1 金属单质的物理性质金属单质的物理性质8.1.1 熔点、沸点和硬度熔点、沸点和硬度金属晶体，金属键金属晶体，金属键金属键的强度金属键的强度与金属的与金属的原子半径原子半径、价电子数价电子数及及核对外层电子的作核对外层电子的作用力用力有关。有关。元素原子半径价电子数金属键物理性质s区金属r大少较弱熔、沸点低，硬度、密度小d区(IIIB-VIB)r减小增多增强熔、沸点逐渐升高d区(VIIB-VIII)及ds区r减小未成对电子数减少减弱熔、沸点逐渐降低本讲稿第三页，共四十一页表表8.1 单质的熔点（单质的熔点（）本讲稿第四页，共四十一页表表8.2 单质的沸点（单质的沸点（）变化趋势与熔点相似变化趋势与熔点相似本讲稿第五页，共四十一页表表8.3 单质的硬度单质的硬度(莫氏莫氏)本讲稿第六页，共四十一页轻金属重金属密度5gcm-3 s区金属(镭除外)及钪、钇、钛、铝等 轻金属以外的金属 低熔点重金属在IIB和p区 高熔点重金属在d区金属单质的密度金属单质的密度本讲稿第七页，共四十一页8.1.2 导电性导电性金属晶体中存在自由电子，是金属晶体中存在自由电子，是电的良导体电的良导体；p区对角线附近的金属导电能力介于导体与绝缘体之间，是半导区对角线附近的金属导电能力介于导体与绝缘体之间，是半导体，如体，如 Ge等。等。Ag、Cu、Au、Al是良好的导电材料。是良好的导电材料。金属导电性的影响因素：金属导电性的影响因素：纯度纯度，温度温度等等本讲稿第八页，共四十一页表表8.4 单质的电导率单质的电导率(MSm-1)本讲稿第九页，共四十一页8.1.2.1 导电性和固体能带理论导电性和固体能带理论导体：导体：电导率大于电导率大于10Sm-1，周期表左边的金属及合金。，周期表左边的金属及合金。绝缘体：绝缘体：电导率小于电导率小于10-11Sm-1，p区右上部元素及稀有区右上部元素及稀有 气体元素的单质。例如气体元素的单质。例如Cl2,O2,Ne,Ar等等半导体：半导体：10-11Sm-1 电导率电导率5eV)，一般，一般 温度下电子难以跃过禁带。温度下电子难以跃过禁带。半导体的禁带较窄半导体的禁带较窄(FeCO3 NaNO3 AgNO3 CaSO4 ZnSO4 本讲稿第三十六页，共四十一页(4)同一金属离子与不同酸根所形成的盐，其稳定性取决于同一金属离子与不同酸根所形成的盐，其稳定性取决于 对应酸的稳定性。酸较稳定，对应的盐也较稳定。对应酸的稳定性。酸较稳定，对应的盐也较稳定。Na2SO4 Na2CO3;Ca3(PO4)2 Ca(NO3)2Na2CO3=Na2O+CO2(g)非氧化还原反应的热分解非氧化还原反应的热分解2NaNO3=2NaNO2+O2(g)4NaNO2=2Na2O+4NO(g)+O2(g)2KMnO4=K2MnO4+MnO2+O2(g)氧化还原反氧化还原反应的热分解应的热分解本讲稿第三十七页，共四十一页颗粒尺寸为颗粒尺寸为1100nm8.6 8.6 纳米材料纳米材料1.1.特性特性:表面效应表面效应:纳米粒子表面原子与总原子数之比。纳米粒子表面原子与总原子数之比。粒径越小，表面效应越大，表面能增高，活性（催粒径越小，表面效应越大，表面能增高，活性（催 化、吸附）急剧增强。化、吸附）急剧增强。本讲稿第三十八页，共四十一页量子尺寸效应量子尺寸效应:准连续能带分裂为分立能级，能级能隙准连续能带分裂为分立能级，能级能隙 变宽。粒径越小，能隙越大。导致光、电、磁、热、变宽。粒径越小，能隙越大。导致光、电、磁、热、声等特性异常。声等特性异常。制造隐形飞机、导体变成绝缘体等。制造隐形飞机、导体变成绝缘体等。小尺寸效应：小尺寸效应：由于纳米粒子的细化，使得材料的强度、由于纳米粒子的细化，使得材料的强度、韧性和超塑性大为提高。韧性和超塑性大为提高。纳米铜的强度比普通铜高纳米铜的强度比普通铜高5倍；纳米陶瓷摔不碎；熔点倍；纳米陶瓷摔不碎；熔点 显著下降等显著下降等 本讲稿第三十九页，共四十一页宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应:当微观粒子的总能量小于势垒高度当微观粒子的总能量小于势垒高度 时，该时，该粒子具有贯穿势垒的能力。粒子具有贯穿势垒的能力。宏观量子隧道效应是宏观量子隧道效应是未来微电子、光电子器件的基础，未来微电子、光电子器件的基础，它指出了现有微电子器件进一步小型化的物理极限。它指出了现有微电子器件进一步小型化的物理极限。磁性材料磁性材料 当磁性颗粒尺寸很小时，在一定温度范围内将呈现类似当磁性颗粒尺寸很小时，在一定温度范围内将呈现类似于顺磁体的超顺磁性。用它制作磁记录可以大大提高记录密度，于顺磁体的超顺磁性。用它制作磁记录可以大大提高记录密度，提高声噪比，改善图像质量。还可作快门、光调节器（改变外磁提高声噪比，改善图像质量。还可作快门、光调节器（改变外磁控制透光量）、激光磁爱滋病毒检测仪等仪器仪表、抗癌药物磁控制透光量）、激光磁爱滋病毒检测仪等仪器仪表、抗癌药物磁性载体、细胞磁分离介质材料、复印机墨粉材料以及磁墨水和磁性载体、细胞磁分离介质材料、复印机墨粉材料以及磁墨水和磁印刷等。印刷等。2.纳米材料的应用纳米材料的应用本讲稿第四十页，共四十一页催化方面催化方面 随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凹随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凹凸不平的原子台阶。这就增加了化学反应的接触面。凸不平的原子台阶。这就增加了化学反应的接触面。在生物和医学上的应用在生物和医学上的应用 利用纳米微粒进行细胞分离、细胞染色及利利用纳米微粒进行细胞分离、细胞染色及利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行局部治疗。磁性纳米颗粒作用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行局部治疗。磁性纳米颗粒作为药剂的载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，有利于提高药效。为药剂的载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，有利于提高药效。采用纳米金属颗粒制成金属溶胶，接上抗原或抗体就能进行免疫学的采用纳米金属颗粒制成金属溶胶，接上抗原或抗体就能进行免疫学的间接凝集试验，用于快速诊断。关于这方面的研究现在还处于初始阶间接凝集试验，用于快速诊断。关于这方面的研究现在还处于初始阶段，但却有广阔的应用前景。段，但却有广阔的应用前景。本讲稿第四十一页，共四十一页
