41硅 无机非金属材料ppt.ppt

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1、第第4 4章章 材料家族中的元素材料家族中的元素第第1 1节节 硅硅 无机非金属材料无机非金属材料半导体材料半导体材料导电导电能力介能力介于导于导体和体和绝缘体之间绝缘体之间的一类材的一类材料。料。一、单质硅与半导体材料一、单质硅与半导体材料 最早使用的半导体材料最早使用的半导体材料 ，现在最广泛使用的半导，现在最广泛使用的半导体材料体材料 。锗锗硅硅硅在自然界的存在形态：硅在自然界的存在形态：无游离态，只有化合态。无游离态，只有化合态。常见存在物质形式：常见存在物质形式：二氧化硅二氧化硅和和硅酸盐硅酸盐等。等。硅硅在地壳中的在地壳中的含量仅次于氧含量仅次于氧，储，储量丰富，现已成为量丰富，现

2、已成为应用广泛的应用广泛的半导体材半导体材料料。氧氧48.6%硅硅26.3%铝铝7.73%铁铁4.75%钙钙3.45%钠钠2.74%钾钾2.47%镁镁2.00%氢氢0.16%其他其他1.20%硅元素硅元素(silicon)在地壳中的含量在地壳中的含量硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。有金属光泽、硬而脆的固体。晶体硅的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，晶体硅的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，硬度大。硬度大。导电性介于导体和绝缘体之间导电性介于导体和绝缘体之间,是重要的半导体材是重要的半导体材料。料。物物理理性性质质

3、1 1、硅单质的物理性质、硅单质的物理性质晶体硅的结构晶体硅的结构（不易与（不易与H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、盐酸等物质反应）、硫酸、硝酸、盐酸等物质反应）加热，加热，Si能与某些非金属单质反应能与某些非金属单质反应（燃烧，放出大量的热）（燃烧，放出大量的热）Si+O2=SiO2Si+2Cl2=SiCl4高温高温2 2、硅单质的化学性质、硅单质的化学性质（1 1）常温下，）常温下，化学性质稳定化学性质稳定（2 2）常温下）常温下只与强碱、氢氟酸、氟气反应只与强碱、氢氟酸、氟气反应Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2 制粗硅：制

4、粗硅：硅铁硅铁硅锰合金硅锰合金硅钡合金硅钡合金（粗硅）（粗硅）粗硅提纯后可以得到高纯硅，作为半导体粗硅提纯后可以得到高纯硅，作为半导体材料。材料。SiO2 +2C =Si+2CO高温高温氧化剂：氧化剂：SiO2 得到电子发生还原反应得到电子发生还原反应还原剂：还原剂：C 失失去电子发生氧化反应去电子发生氧化反应3 3、硅的工业制法、硅的工业制法高温高温 Si+2Cl2=SiCl4（粗硅）（粗硅）高高温温SiCl4+2H2=Si+4HCl （高纯硅）（高纯硅）提纯：提纯：4 4、硅的用途、硅的用途（1 1）硅硅芯片芯片；半导体材料半导体材料（2 2）制）制集成电路、晶体管集成电路、晶体管、硅整流

5、器等半导体材料、硅整流器等半导体材料（3 3）含硅）含硅4%4%的钢可制的钢可制变压器铁芯变压器铁芯（4 4）含硅含硅15%15%的钢具有耐酸性，制的钢具有耐酸性，制耐酸设备耐酸设备 二氧化硅广泛存二氧化硅广泛存在于自然界中，与其在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩他矿物共同构成了岩石。是一种坚硬难熔石。是一种坚硬难熔的固体。的固体。硅石硅石硅矿山硅矿山二、二氧化硅二、二氧化硅1 1、二氧化硅的存在、二氧化硅的存在硅石硅石(天然天然)结晶形结晶形无定形无定形晶体二氧化硅晶体二氧化硅SiO2 2、二氧化硅的结构、二氧化硅的结构SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定是正四面体的空间网状结

6、构，因此性质很稳定 无色，沸无色，沸点高、硬度大、不溶于水、不导电的晶点高、硬度大、不溶于水、不导电的晶体体3 3、二氧化硅的物理性质、二氧化硅的物理性质（2 2）不能与水反应）不能与水反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高温高温（1 1）是酸性氧化物）是酸性氧化物SiO2+2OH=SiO3 2-+H2O4 4、二氧化硅的化学性质、二氧化硅的化学性质（3 3）在高温下与碳酸盐的反应）在高温下与碳酸盐的反应SiO2+Na2CO3=CO2 +Na2SiO3高高温温SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3高高温温（4 4）不与酸反应（除氢氟酸以外）不

7、与酸反应（除氢氟酸以外）SiO2+4HF=SiF4 +2H2O（5 5）弱的氧化性）弱的氧化性SiO2+2C=Si+2CO高温高温5 5、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途 由于由于SiO2具有优良的物理化学性能，加上具有优良的物理化学性能，加上SiO2在自然在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。二氧化硅用来制光导纤维二氧化硅用来制光导纤维 光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。制造光光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，导纤维的材料就是二氧化硅。

8、光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送3 3万门电话。万门电话。硅酸盐是结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。硅酸盐是结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。1.1.定义：定义：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称 三、硅酸盐三、硅酸盐2.2.硅酸盐的表示方法：硅酸盐的表示方法：（1 1）化学式法：）化学式法：（2 2）氧化物法：）氧化物法：硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙：硅酸钙：CaSiO3硅酸钠：硅酸钠：Na2O SiO2硅酸钙：硅酸钙：

9、CaO SiO2高岭石：高岭石：Al2O3 2SiO2 2H2O石棉：石棉：CaO 3MgO 4SiO2 沸石：沸石：Na2 O Al2O3 3SiO2 2H2O云母：云母：K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O长石：长石：K2O Al2O3 6SiO2 水泥：水泥：3CaO SiO2 2CaO SiO2 玻璃：玻璃：Na2 O CaO 6SiO2粘土：粘土：Al2O3 2SiO2 2H2O先金后非先金后非 先低后高先低后高 水放最后水放最后 最简单的硅酸盐是硅酸钠（最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其水溶液俗称为水玻璃，），其水溶液俗称为水玻璃，硅硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，酸钠

10、不能燃烧且不易受腐蚀，可用作肥皂填料、木材防火剂等可用作肥皂填料、木材防火剂等。3.3.硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3）关于硅酸盐说明：关于硅酸盐说明：1.1.除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水2.2.硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗称硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗称泡花碱泡花碱；它；它的水溶液俗称的水溶液俗称水玻璃水玻璃，是一种粘合剂；，是一种粘合剂；硅酸和二氧化硅的制备：硅酸和二氧化硅的制备：水玻璃可保存在玻璃瓶中水玻璃可保存在玻璃瓶中,但不能使用玻璃塞但不能使用玻璃塞,要用橡胶塞要用橡胶塞较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸较强酸和可溶性硅酸盐反

11、应制硅酸2HCl+Na2SiO3+H2O=H4SiO4+2NaClH4SiO4 H2SiO3 SiO2常温分解常温分解受热分解受热分解无无机机非非金金属属材材料料硅硅酸酸盐盐产产品品陶陶瓷瓷水水泥泥玻玻璃璃三、硅酸盐工业三、硅酸盐工业(2)(2)生产过程：生产过程：黏土和石灰石黏土和石灰石两磨、一烧。两磨、一烧。研磨研磨煅烧煅烧再磨成细粉；再磨成细粉；硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO2)混合物混合物铝酸三钙铝酸三钙(3CaOAl2O3)(1)(1)水泥的生产原料：水泥的生产原料：(3)(3)普通硅酸盐水泥的成分：普通硅酸盐水泥的成分：1 1、水泥、水泥 (4

12、)(4)水泥的性能：水泥的性能：水泥具有水硬性。水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混合物水泥、沙子和水的混合物建筑黏合剂。建筑黏合剂。水泥、沙子和碎石的混合物。水泥、沙子和碎石的混合物。混凝土：混凝土：水泥砂浆：水泥砂浆：2 2、玻璃：、玻璃：(2)(2)生产过程：生产过程：纯碱、石灰石和石英。纯碱、石灰石和石英。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温 高温高温 玻璃的生产原料：玻璃的生产原料：(3)(3)普通玻璃的成分：普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和和SiO2组成的混合物。组成的混合物。或或Na2OCaO6SiO2；玻璃

13、无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。(4)(4)玻璃的性能：玻璃的性能：3 3、陶瓷：、陶瓷：陶陶瓷瓷具具有有抗抗氧氧化化、抗抗酸酸碱碱腐腐蚀蚀、耐耐高高温温、绝绝缘缘、易易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。家用陶瓷家用陶瓷江苏宜兴，江苏宜兴，有陶都之称。有陶都之称。江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：江西景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：“洁如洁如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。玉、明如镜、薄如纸、声如罄。”传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：新型陶瓷新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷透明陶瓷、超导陶瓷等透明陶瓷、超导陶瓷等新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：1 1、新型无机非金属材料的特征：、新型无机非金属材料的特征：（1）耐高温、强度高；）耐高温、强度高；（2 2）具有电学性质；）具有电学性质；（3 3）具有光学性质；）具有光学性质；（4 4）具有生物功能；）具有生物功能；作业：作业：1、阅读教材P111“身边的化学”，P112“化学与技术”2、将教材P113“练习与活动”，写在课本上3、完成习题集相关习题