第六章-元素化学和无机材料.ppt

,普通化学,第六章 元素化学与无机材料,主要内容,6.1,单质的物理性质,6.1.1,熔点、沸点、硬度和晶体结构,6.1.2,导电性,6.2,单质的化学性质,6.2.1,金属单质的还原性,6.2.2,非金属单质的氧化还原性,6.3,无机化合物的物理性质,6.3.1,卤化物的熔点、沸点和离子极化理论,6.3.2,氧化物的熔点、沸点和硬度,6.4,无机化合物的化学性质,6.4.1,氧化还原性,6.4.2,酸碱性,6.5,配位化合物,6.5.1,配位化合物的组成,和结构,6.5.2,配位化合物的命名,6.5.1,配合物及配位化学的应用,6.6,无机材料,6.6.1,金属和合金材料,6.6.2,无机非金属材料,6.6.3,纳米,材料和,碳纳米管,主要内容,6.1,单质的物理性质,6.1.1,熔点、沸点和硬度,单质的物理性质主要与什么因素有关？,与它们的原子结构或晶体结构有关。,金属类型,分子晶体,离子晶体,原子晶体,金属晶体,作用力,分子间力,离子键,共价键,金属键,决定,因素,范德华力,氢键,离子半径,电荷,原子半径,空间结构,原子半径,自由电荷,成键电子数,单质的物理性质最终简化为,分子类型,：分子量的大小 微粒半径大小,半径，分子量，晶体类型都有规律可循，因此单质的物理性质也有规律可循,6.1.1,熔点、沸点和硬度,P255,：表,6.1,主族与零族元素单质的晶体类型,单质的熔点、沸点和硬度一般都具有相同的变化规律,P218,：图,5.13,元素的原子半径,同族：,由上而下：小,大,同周期,：由左到右：大小（二三周期）,大小大小（四、五、六周期）,典型金属晶体有效电荷高的金属,晶体原子晶体分子晶体,溶、沸点：低高低,硬度：小大,小,IA,：（典型金属）由上而下：,物理性质降低,VIIA,：（分子晶体）,由上而下：物理性质升高,6.1.1,熔点、沸点和硬度,从,p253,图,6.1,和,p254,图,6.2,、图,6.3,中看出规律,同周期,，从左到右 熔、沸点：低,高,低,硬度：小,大,小,IVB,VB,B,熔沸点最高，硬度最大。,同族,从上到下,A,、,A,、,B,：熔沸点降低；硬度减小,BB,：熔、沸点升高；硬度增大,VA,、,VIA,、,A,、,0,族：沸点逐渐升高。,He,的熔、沸点是所有物质中最低者，最高的是,石墨,。,非金属中，硬度最大的均是,金刚石,。,金属中，熔点最高的是,W,，最低的是,Hg,；,硬度最大的是,Cr,，延展性最好的是,Au,。,6.1.2,导电性,导体 半导体 绝缘体,电导率,（,MSm,-1,）,10,10,10,-11,Mg,2+,Na,+,O,2-,Cl,-,负电荷数越多，变形性越大,O,2-,Cl,-,正电荷越多，变形性越小,Na,+,Mg,2+,Al,3+,离子半径,r,半径越小，极化力越强,Ca,2+,Na,+,K,+,；,Ca,2+,Ba,2+,半径越大，变形性越大,I,-,Br,-,Cl,-,F,-,；,S,2-,O,2-,（,18+2)e 18e.(9-17)e.8e,极化力 减弱,Pb,2+,Mg,2+,；,Ag,+,Na,+,（,18+2).18e.(9-17)e.8e,变形性 减少,K,+,Ag,+,；,Ca,2+,MgCl,2,;Fe,2,O,3,FeCl,3,;,CuO,CuCl,2,说明：,6.3.2,、氧化物,熔、沸点和硬度,（,2,）应用,：,由于某些氧化物具有熔点高、硬度大，对热稳定性高的共性。工程中常用作：,磨料,（,MgO,、,Cr,2,O,3,、,Al,2,O,3,），,耐火材料,（,SiO,2,、,MgO,、,CaO,、,Al,2,O,3,、,Cr,2,O,3,）,绝热材料,（,MgO,）,，,耐热高温无机涂层材料,(,Cr,2,O,3,）,。,6.3.2,、氧化物,熔、沸点和硬度,6.4,无机,化合物的化学性质,6.4.1,氧化还原性,6.4.1,氧化还原性,（,1,）,KMnO,4,Mn,3d,5,4s,2,氧化值,+1,、,+2,、,+3,、,+4,、,+5,、,+6,、,+7,。,常见,+2,、,+3,、,+4,、,+6,、,+7,氧化值的化合物,如,MnO,、,Mn,2,O,3,、,MnO,2,、,MnO,4,2-,、,MnO,4-,KMnO,4,是常见的,氧化剂,例如；,KMnO,4,紫红,Mn,2+,肉色,MnO,2,棕褐色,MnO,4,2-,绿色,H,+,H,2,O,OH,-,6.4.1,氧化还原性,重要的锰（,）化合物有,KMnO,4,和,NaMnO,4,。实验工作中常用钾盐，因,钠盐易潮解,。高锰酸钾是深紫色的晶体，易溶于水，在常温下，每,100g,水溶解,6,7g KMnO,4,，,KMnO,4,对热不稳定，加热至,200,时，就分解而放出氧：,2KMnO,4,K,2,MnO,4,+MnO,2,+O,2,其溶液也不十分稳定。在中性溶液中慢慢地分解，析出棕褐色的二氧化锰：,4MnO,4,-,+4H,+,4MnO,2,+2H,2,O+3O,2,光线对,KMnO,4,的分解有促进作用。因此，溶液常保存在棕色瓶里。,6.4.1,氧化还原性,KMnO,4,其氧化性及被还原产物均与溶液的,PH,值,有关,MnO,4,-,+8H,+,+5e-=Mn,2+,（,无色）,+4H,2,O,(MnO,4,-,/Mn,2+,)=1.507(V),(,酸性,),MnO,4,-,+2H,2,O+3e-=MnO,2,（,棕褐色）,+4OH,-,(MnO,4,-,/MnO,2,),=0.588(V),(,中性,),MnO,4,-,+e-=MnO,4,2-,（,绿色）,(MnO,4,-,/MnO,4,2-,),=0.564(V),(,碱性,),在酸性溶液中氧化能力最强,。,2MnO,4,-,+5SO,3,2-,+6H,+,=2Mn,2+,+5SO,4,2-,+3H,2,O,2MnO,4,-,+3SO,3,2-,+H,2,O=2MnO,2,(s)+3SO,4,2-,+2OH,-,2MnO,4,-,+SO,3,2-,+2OH,-,=2MnO,4,2-,+SO,4,2-,+H,2,O,6.4.1,氧化还原性,高锰酸钾俗称灰锰氧，溶液有,杀菌,作用，可作,消毒剂,。高锰酸钾主要用作氧化剂，在工业上用来漂白纤维和油脂脱色。广泛用于,杀菌消毒,，亦用作毒气吸收剂,。,（,2,）,K,2,Cr,2,O,7,2CrO,4,2-,+2H,+,Cr,2,O,7,2-,+H,2,O,黄 橙,酸性,溶液中以,Cr,2,O,7,2-,存在，,碱性,溶液中以,CrO,4,2-,存在,Cr,2,O,7,2-,+14H,+,+6e=2Cr,3+,+7H,2,O ,=1.23(V),橙 兰绿,6.4.1,氧化还原性,常见的铬酸盐是,K,2,CrO,4,和,Na,2,CrO,4,，它们都是黄色的晶状固体；最重要化合物是,K,2,Cr,2,O,7,和,Na,2,Cr,2,O,7,，它们都是橙红色的晶体俗称红矾钾和红矾钠。,重铬酸盐在酸性溶液中有强氧化性,，重铬酸钾是实验室中常用的氧化剂，可以氧化,H,2,S,、,H,2,SO,3,、,FeSO,4,等许多物质，本身被还原为,Cr,3+,离子：,Cr,2,O,7,2-,+6Fe,2+,+14H,+,2Cr,3+,+6Fe,3+,+7H,2,O,在分析化学中常利用这个反应来测定试液中,Fe,2+,的含量。在加热时，重铬酸钾可氧化浓盐酸，放出氯气：,Cr,2,O,7,2-,+6Cl,-,+14H,+,2Cr,3+,+3Cl,2,+7H,2,O,6.4.1,氧化还原性,利用,K,2,Cr,2,O,7,在酸性溶液中的强氧化性，实验室中常将饱和的,K,2,Cr,2,O,7,溶液和浓硫酸混合制得,铬酸洗液,，用于洗涤玻璃仪器。洗液长期使用后，就会从棕红色转变为暗绿色，此时，,Cr(),转变为,Cr(),，,洗液即失效。,Cr(),、,Cr(),是环境污染物，实验室要慎用。,某些,重金属的离子如,Ag,+,、,Pb,2+,、,Ba,2+,、和,K,2,CrO,4,溶液反应，可以生成具有特征颜色的沉淀：,Pb,2,+,+CrO,4,2-,PbCrO,4,黄色（铬黄）,Ba,2+,+CrO,4,2-,BaCrO,4,黄色（柠檬黄）,2Ag,+,+CrO,4,2-,Ag,2,CrO,4,(,砖红色,),6.4.1,氧化还原性,(3),亚硝酸盐,：即可作氧化剂，又可作还原剂,当,NO,和,NO,2,等物质的量混合溶于冰水中或向亚硝酸盐冷溶液中加酸时，均能生成亚硝酸（,HNO,2,）：,HNO,2,是一种比醋酸略强的,弱酸，但很不稳定,，仅存在于冷的稀溶液中，其溶液浓缩或加热时易分解放出,NO,2,NO,H,2,O,因而气相出现棕色。,6.4.1,氧化还原性,（,4,）,过氧化氢,H,2,O,2,氧化性、还原性，还有自身氧化还原（歧化）作用和不稳定性（低温、高纯度稳定）,Cl,2,MnO,4,-,+H,+,2HCl+O,2,Mn,2+,+O,2,+H,2,O,还原性,:H,2,O,2,氧化性,:H,2,O,2,+2KI+H,2,SO,4,=K,2,SO,4,+I,2,+2H,2,O,自身氧化还原作用,:2H,2,O,2,=2H,2,O+O,2,酸性介质,:,强氧化剂,碱性介质,:,中等还原剂,H,2,O,2,主要作氧化剂,6.4.1,氧化还原性,6.4.2,酸碱性,1,、,氧化物及其水合物的酸碱性,递变规律,（,a,）,同周期从左到右,.,以第,4,周期主族为例,:,A A A A A A A,K,2,O,CaO,Ga,2,O,3,GeO,2,As,2,O,5,SeO,3,Br,2,O,7,KOH Ca(OH),2,Ga(OH),3,Ge(OH),4,H,3,AsO,4,H,2,SeO,4,HBrO,4,强碱 中强碱 两性 两性 中强酸 强酸 强酸,碱性减弱，酸性增强,副族大致与主族变化趋势同，但较缓慢,Sc,2,O,3,TiO,2,V,2,O,5,CrO,3,Mn,2,O,7,Sc(OH),3,Ti(OH),4,HVO,3,H,2,CrO,4,HMnO,4,(,碱性,)(,两性,)(,弱酸,)(,中强酸,)(,强酸,),碱性减弱，酸性增强,6.4.2,酸碱性,（,b,）同族：从上到下，酸性减弱碱性增强,N,2,O,3,HNO,2,酸性,P,2,O,3,H,3,PO,3,酸性,As,2,O,3,H,3,AsO,3,两性偏酸,Sb,2,O,3,Sb(OH),3,两性偏碱,Bi2O,3,Bi(OH),3,碱性,H,2,CrO,4,中强酸,H,2,MoO,4,弱酸,H,2,WO,4,弱酸,酸性减弱碱性增强,酸性减弱,6.4.2,酸碱性,ZnO,Zn(OH),2,两性,CdO,Cd(OH),2,两性偏碱,HgO,Hg(OH),2,碱性,碱性增强,（,c,）,同一元素不同价态,高价态酸性比低价态强,HClO,HClO,2,HClO,3,HClO,4,弱酸 中强酸 强酸 极强酸,CrO,Cr,2,O,3,CrO,3,碱性 两性 酸性,随价态升高、酸性增强，碱性减弱,6.4.2,酸碱性,2,、,R-OH,规则：,无论是酸、是碱均可写成,R(OH),n,的形式,以第三周期为例,NaOH,Mg(OH),2,Al(OH),3,Si(OH),4,P(OH),5,S(OH),6,H,2,SiO,3,H,2,O H,3,PO,4,H,2,O H,2,SO,4,H,2,O,R(OH),n,的酸碱性,，主要取决于,R,n,+,电荷的多少和半径的大小,ROH,化学键在,处断裂为碱性，,处断裂为酸性,R,n,+,电荷越多,，半径越小，,R,n,+,与,O,2-,吸引力越强，则易在,处断键。,R,n,+,电荷越少,，半径越大，,R,n,+,与,O,2-,吸引力越弱，则易在,处断键。,6.4.2,酸碱性,以第三周期为例：,Na,+,Mg,2+,Al,3+,Si,4+,P,5+,S,6+,Cl,7+,从左向右电荷增加，半径减小,从,处断键过渡到,处断键,6.4.2,酸碱性,3,氯化物与水的作用,氯化物水解的一般规律,：,（,1,）,活泼金属,的氯化物：不水解。如：,NaCl,KCl,BaCl,2,（,2,）,一般金属,的氯化物：分级水解。以一级水解为主。如：,MgCl,2,、,FeCl,2,、,FeCl,3,、,ZnCl,2,、,CrCl,3,、,CuCl,2,、,AlCl,3,如：,MgCl,2,+H,2,O=,Mg(OH)Cl,+,HCl,镁氧水泥成分（建筑材料、磨,料、砂轮）,同周期,+3,价比,+2,价金属氯化物的水解程度大。,如：,FeCl,3,FeCl,2,，,AlCl,3,MgCl,2,6.4.2,酸碱性,（,3,）某些,高价态的金属,氯化物：水解可进行到底。,如：,GeCl,4,+4H,2,O=Ge(OH),4,+4HCl,GeO,2,.2H,2,O,（,胶状沉淀）,（,4,）,某些非金属,氯化物水解生成相应的含氧酸。,如：,SiCl,4,、,PCl,3,、,PCl,5,PCl,5,+4H,2,O=H,3,PO,4,+5HCl,SiCl,4,+3H,2,O=H,2,SiO,3,+4HCl,6.4.2,酸碱性,（,5,）,p,区,的,SnCl,2,SbCl,3,BiCl,3,与水反应生成的碱式盐难溶于水。,SnCl,2,+H,2,O=,Sn(OH)Cl+HCl,SbCl,3,+H,2,O=,SbOCl,+,HCl,BiCl,3,+H,2,O=,BiOCl,+,HCl,为抑制与水反应，配制时先加,HCl,后加水稀释,。,配制此类盐溶液，例如：,SnCl,2,水溶液,;,加适量酸（,HCl,）,抑制水解,加少量锡粒,;,防止,Sn,2+,被氧化,。,6.4.2,酸碱性,6.5,配位化合物,配位化合物,是一类非常重要的化合物，绝大多数无机物都是以配合物形态存在的。在水溶液中可认为根本不存在简单的金属离子。特别是由于很多配合物的组成中包含着有机化合物，使配合物更具有广泛而多样的特点。目前对配合物的研究不仅是现代无机化学的重要课题，而且也对分析化学，生物化学，电化学，量子化学等方面有重要的实际意义。,可以讲，配合物化学在整个化学领域内已经成为不可缺少的组成部分。,6.5.1,配位化合物的组成和结构,按结构特征配位化合物分三类：,简单配位化合物，螯合物，羰合物,1,、简单配位化合物：,如：,Ag(NH,3,),2,Cl,，,Cu(H,2,O),4,SO,4,，,HAuCl,4,即由一个简单的正离子和几个中性分子或负离子通过配位键结合形成的复杂离子叫配离子，含有配离子的化合物叫配位化合物。,配位键,:,由一个原子提供电子对为两个原子共用而形成的共价键。,中心离子,：,配离子形成体，占据配离子中心位置,的离子。,配位体,：,配合剂中与中心离子配合的离子或分子。,配位原子,：配位体中直接与中心离子结合的原子。,配位数,：,配位原子的总数。,配离子电荷,：,组成它的简单粒子的电荷代数和。,=,中心离子电荷数,+,配位体电荷总数,=,外界离子电荷数。,6.5.1,配位化合物的组成和结构,Cu,(NH,3,),4,SO,4,H,2,Pt,Cl,6,中心离子,配位体,配位原子,配位数,内界配离子,外界离子,中心离子电荷,:Cu,2+,，,+2,Pt,4+,，,+4,配离子电荷,:,Cu,(NH,3,),4,2+,，,+2,Pt,Cl,6,2-,，,-2,内界配离子,6.5.1,配位化合物的组成和结构,配位体分类,:,C,N,-,N,H,3,H,2,O,F,-,N,O,2-,S,2,O,3,2-,Cl,-,S,CN,-,I,-,单齿配体,：,每个配位体只能提供一个配位原子,H,O,OC-CH,2,CH,2,CO,O,H,N,-CH,2,CH,2,N,H,O,OC-CH,2,CH,2,CO,O,H,H,2,N,CH,2,CH,2,N,H,2,乙二胺四乙酸,(EDTA),乙二胺,(en),多齿配体,：,含有两个或两个以上配位原子的配位体,6.5.1,配位化合物的组成和结构,乙二胺四乙酸,根离子,6.5.1,配位化合物的组成和结构,2.,特殊配合物,（,a,）,螯合物：,Cu(en),2,2+,H,2,C-NH,2,NH,2,-CH,2,2+,Cu,2+,H,2,C-NH,2,NH,2,-CH,2,M(C,2,O,4,),2,2-,M:Cu,2+,Co,3+,Cd,2+,Al,3+,（,b,）,羰合物：,Ni(CO),4,，,Fe(CO),5,中心离子形成体为中性原子，配位体为,CO,分子。,第,B,族等金属能与,CO,直接作用而生成羰合物,6.5.1,配位化合物的组成和结构,6.5.1,配位化合物的组成和结构,3,、价键理论,目前，把,杂化轨道理论,应用于研究配合物的结构，较好的说明了配合物的空间构型和某些性质，从,20,世纪,30,年代到,50,年代，主要应用这个理论讨论配合物中的化学键，这就是,配合物的价键理论,。,价键理论,基本要点,如下：,（,a,）,中心离子（或原子）,有空的价电子轨道,可接受由配位体的配位原子提供的孤对电子而形成配位键。（,M L,）,Co,NH,3,NH,3,NH,3,NH,3,NH,3,3+,NH,3,Co,3+,:3S,2,3P,6,3d,6,(4S,0,4P,0,4d,0,),6.5.1,配位化合物的组成和结构,空的价电子轨道来源,:,1),离子和原子本身具有空的轨道,2),由于配位体影响，使中心离子（原子）价电子,发生重排而产生空轨道,例如,26 Fe,3+,3S,2,3P,6,3d,5,电子重排,3d,5,6.5.1,配位化合物的组成和结构,价电子轨道：,即元素价电子所占据的轨道及能量,相近的轨道,.,通常为,(n-1)d ns,np,轨道,常见的中心离子为,d,区，,ds,区的离子：,VB B B B B,V Cr,Mn,Fe Co Ni Cu Zn,Mo,Tc,Ru,Rh,Rd Ag,Cd,W Re Os,Ir,Pt Au Hg,常见的配体,：,F,-,Cl,-,Br,-,I,-,OH,-,SCN,-,CN,-,S,2,O,3,2-,，,H,2,O,NH,3,6.5.1,配位化合物的组成和结构,（,b,）形成配合物时，中心离子所提供的空轨道进行,杂化,，形成各种类型的杂化轨道，从而使,配合物,具有一定的,空间构型,。,例如：,47 Ag,+,4S,2,4P,6,4d,10,(5S,0,5P,0,),直线型,Ag(NH,3,),2,+,sp,杂化,4d,5s,5p,八面体型,FeF,6,3-,3d,4s,4p,4d,sp,3,d,2,杂化,Fe,3+,：,3d,4s,4p,4d,3d,5,4S,0,4P,0,4d,0,6.5.1,配位化合物的组成和结构,6.5.1,配位化合物的组成和结构,Co(NH,3,),6,3+,Co(en),3,3+,6.5.1,配位化合物的组成和结构,6.5,.,2,、配位化合物的命名,（,1,）内外界间服从一般无机化合物的命名原则：,配离子是正离子,:,i:,外界为复杂离子（如：,SO,4,2-,、,CO,3,2-,、,Ac,-,）则叫,某酸某,；,ii:,外界为简单离子（如：,Cl,-,、,OH,-,、,S,2-,）则叫,某化某,；,iii:,配离子是负离子,:,则在后加“酸”字,叫“,某酸某,”,。,（,2,）配离子的命名顺序：,配位体数目,配位体,合,中心离子,中心离子的氧化值,（中心离子后用罗马数字标明化合价）。,在每种配位体前用二、三、四等数字表示配位体的数目,如：,K,4,Fe(CN),6,六氰合铁（,）酸钾,（,3,）当配体不止一种时，不同配体之间用,圆,点（,）分开，配位体的命名次序是：,先无机后有机；,先负离子后中性分子；,同类配位体的名称，按配位原子元素符号的英文字母顺序排列。例如：,CoCl(NH,3,),5,Cl,2,二氯化一氯,五氨合钴（,）,CoCl(NH,3,),2,(H,2,O),2,OH,氢氧化一氯,二氨,二水合,钴（,）,CoCl,3,(NH,3,),3,三氯,三氨合钴（,）,KPtCl,3,(C,2,H,4,),三氯,乙烯合铂（,）酸钾,Cu(en),2,SO,4,硫酸二乙二胺合铜（,）,6.5,.,2,、配位化合物的命名,Fe(CO),5,Na,2,Zn(OH),4,五羰基合铁,四羟基合锌,（,）酸钠,KPtCl,3,NH,3,三氯,一氨合铂（,）酸钾,写出下列物质分子式：,6.5,.,2,、配位化合物的命名,19,解,:,(1),二氯化六氨合钴,(,),(2),四硫氰合钴,(,),酸钾,(3),六氟合硅,(,),酸钠,(4),四羟基合锌,(,),酸钾,(5),氯化一氯,五氨合钴,(,),(6),二氯,二氨合铂,(,),P312,6.5,.,2,、配位化合物的命名,6.5.3,配离子的解离平衡,(p127),1.,配离子解离平衡,配盐在水中充分解离,:,如,:Ag(NH,3,),2,Cl,Ag(NH,3,),2,+,+,Cl,-,配离子在水溶液中的解离类似弱电解质,:,如,:Ag(NH,3,),2,+,Ag,+,+2NH,3,其解离常数为,:,简化为：,对于同一类型的配离子来说，,K,i,越大，配离子越不稳定，,K,i,(K,不稳,),称为不稳定常数。,6.5.3,配离子的解离平衡,(p127),配离子生成反应的平衡常数：,Ag,+,+2NH,3,Ag(NH,3,),2,+,对于同一类型的配离子来说，,K,f,越大，配离子越稳定,。,K,f,称为稳定常数。,6.5.3,配离子的解离平衡,(p127),生成更稳定的配离子,Fe(SCN),6,3-,Fe,3+,+6SCN,-,K,f,=103.17,（血红色）,+,加入,NaF,6F-,FeF,6,3-,K,f,=1014.31,(,无色,),平衡向生成更稳定的配离子的方向移动,。,6.5.3,配离子的解离平衡,(p127),2.,配离子解离平衡的移动,同类型的配离子可据,K,f,或,K,i,来判断反应的方向,例如：,HgCl,4,2-,+4I,-,HgI,4,2-,+4Cl,-,K,i,：,8.55,10,-16,1.48,10,-30,K,f,=1.1710,15,K,f,=6.7610,29,平衡,6.5.3,配离子的解离平衡,(p127),改变溶液的酸度，形成难解离物质,Cu(NH,3,),4,2+,Cu,2+,+4NH,3,加酸（例硫酸）,（深兰）（浅兰）,+,4H,+,4NH,4,+,平衡,生成难溶解物质,Cu(NH,3,),4,2+,Cu,2+,+4NH,3,平衡,（深兰）,+,S,2-,CuS,（,S,）（,黑色）,6.5.3,配离子的解离平衡,(p127),6.5.4,配位化合物的应用,1.,利用配合反应使某些物质溶解,:,例如,:,AgBr,+2S,2,O,3,2-,=Ag(S,2,O,3,),2,3-,+Br,-,2.,离子的定性鉴定和定量分析,:,利用配离子特殊颜色 用配合反应鉴定溶液中离子,例如：,Fe,3+,SCN,_-,K,4,Fe(CN),6,Fe(SCN),2+,（,血红）,KFe,Fe(CN),6,(,S,),(,深兰,),普鲁士蓝,6.5.4,配位化合物的应用,3,、电镀工业,如：镀铜时镀液不用,CuSO,4,而用,K,4,P,2,O,7,可使镀层细腻。,Cu,2+,+2P,4,O,7,4-,=Cu(P,4,O,7,),2,6-,4,、,稀有元素浓缩、富集、分离、提取和纯化,用专门配合剂通过萃取从海水中提取金、铜、铀。,6.5.4,配位化合物的应用,6.6,无机材料,6.6.1,金属和合金材料,1.,轻质合金,：,由,镁、铝、钛、锂,等金属形成的合金,（,1,）,铝合金,:,铝中加入,Mg.,Cu.Zn.Mn.Si,（,2,）,钛合金,:,钛中加入,Al.Cr.V,Mn.Mo,.Fe,2.,耐热合金,：,VBVIIB.VIII,高熔点元素形成的合金。,合金钢和硬质合金,：,d,区金属具有熔点高、硬度大的特点，它们作为合金元素加入碳钢制成合金钢。常用,钛、锆、钒、铌,以及,p,区的,铝、硅,等。,3.,低熔合金,：,常用的低熔金属及其合金有汞、锡、铅、铋等。,4.,金属电子材料,：,铜、铝,及其合金,超导材料,：,Nb,4,Ge ;Y-,Ba,-Cu-O,。,6.6.1,金属和合金材料,5.形状记忆合金,形状记忆合金是近代新兴功能材料,用它制造的零件变形后,经过一定温度,能够恢复先前的形状,顾名思义被称作形状记忆合金,形状记忆合金具有与普通合金不同的特性,可逆的热弹性。塑性形变是不可逆转的永久性形变，而形记金属却能在发生塑性变形后，稍加温便象,“,记住,”,了自己原有的形状而自动复原。其之所以有形状记忆功能，决定于其晶体内部具有的特殊结构。形记合金不仅具有奇异的形状记忆功能，且具有强度高、刚度大、无磁性、耐腐蚀、生物相容性好及低温柔韧等优良性能。因而具有许多特殊应用价值,.,6.6.1,金属和合金材料,形状记忆材料被誉为,奇妙的功能性材料,，形状记忆合金的研究、发现至今为止已有十几种记忆合金体系。包括,Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb,和Fe-,Mn-Si,等。,而在这些合金系中，目前仅有,Ti-,Ni、Cu-Zn-Al,及,铁基合金,得到广泛的应用,。,6.6.1,金属和合金材料,Ti-,Ni形状记忆合金,，,Ti,-Ni,形状记忆合金具有很高的塑性,具有较高记忆寿命，,TiNi,记忆合金还包括,TiNi,-Cu,、,TiNi,-Co,、,TiNi,-Fe,和,TiNi-Nb,等具有较高的实用价值的记忆合金，其中,Ti,50,Ni,47,Fe,3,合金是制造管接头等紧固件的良好材料。,Cu-Zn-Al,形状记忆合金,是一种含,Zn1837%,、,Al 2,8%,、,余者为铜的具有形状记忆效应和伪弹性的合金。,NiTi,形状记忆合金,:,已广泛用于牙科、骨科,和临床介入等。例如,形状记忆合金系列骨科器械,6.6.1,金属和合金材料,贵金属功能材料,(,贵金属,指性质稳定地壳中含量少，开采提取困难，故价格高，金、银、铂系。,),贵金属功能材料：包括,（1）贵金属特种功能材料：贵金属复合材料、电子材料、测温材料、焊料、钎料、精密管棒材、电接触材料、铂合金网；,（2）贵金属信息功能材料：银粉、银浆，金、铂浆、银钯浆；,（3）贵金属环境及催化功能材料：贵金属基础化合物、催化剂、催化传感材料等,6.6.1,金属和合金材料,6.6.2,无机,非金属材料,1,、,半导体材料,：单质半导体,Ge,Si Se,化合物半导体,-,族化合物,GaAs,，,-,族化合物,ZnS,、,SeS,2,、,低温材料：,冰、液氨、,CS,2,、,CCl,4,3,、,保护气体：,CO,2,、,N,2,、,Ar,4,、,耐火材料：,Si C,、,Si,3,N,4,、,C,（,石墨）、,SiO,2,、,MgO,、,Cr,2,O,3,氮化硅,硅和氮气在1300,中反应合成：其主要反应,3Si+2N,2,=Si,3,N,4,氮化硅基陶瓷(陶瓷是以多晶聚集体为基本结构的无机非金属材料,),具有密度小、高强、高硬、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、地膨胀、自润滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能，在航空、航天、电子、冶金、机械、石油、华工、能源、交通、电器等领域有着广泛的应用前景,。,5,、耐热高强结构材料 ：,SiC,、,BN,、,Si,3,N,4,6.6.2,无机,非金属材料,氮化硼,氮化硼俗称白石墨，特性与石墨相似,而质地洁白,存在两种晶型：六方与立方，但通常呈六方结构。在,高温与超高压的特殊条件下，可将六方结构晶型转化为立方晶型。粉末由硼，卤化硼或硼酸、硼砂、氧化硼和含氮盐类在氮气或氨气氛中反应合成。其主要反应式为,：,Na,2,B,4,O,7,+NH,4,Cl+2NH,3,=4BN+2NaCl+7H,2,O,6.6.2,无机,非金属材料,氮化硼制品的主要特性与用途,：,氮化硼使用范围广泛，其粉末可作优良的润滑剂与脱模剂，而陶瓷可用作熔炼蒸发金属的坩埚、舟皿、液态金属输送管、火箭喷口，大功率器件底座，半导体元件掺杂源，以及各种高温（高压、高频）绝缘散热部件。而立方氮化硼则为近似于金刚石的超硬材料,。,采用热压法制成的氮化硼制品，在,N,2,或,Ar,气氛中最高使用温度高达,2800,，而无明显熔点。但在氧化气氛中稳定性差，使用温度仅在,900,以下。,氮化硼还具有特殊的性能，在耐火材料使用方面可用作高温热电偶保护管，熔炼金属的器皿及宇宙航行中热屏蔽材料等,。,总之，氮化硼制品在未来高科技产品开发方面显示出广阔的前景,。,6.6.2,无机,非金属材料,6,.光导纤维,光导纤维（简称“光纤”）是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透光度极高的光学玻璃纤维。如果将许多根经过技术处理的光纤绕在一起就制得我们常说的光缆它能将光的明暗光点的明灭变化等信号从一端传送到另一端,。,光导纤维是由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。它的基本类型是由实际起着导光作用的芯材和能将光能闭合于芯材之中的皮层构成,。,6.6.2,无机,非金属材料,6.6.3,纳米,材料和,碳纳米管,纳米是什么,?,纳米（,nm,）,如同厘米、分米和米一样，是度量长度的单位，一纳米等于十亿分之一,纳米科技,(,纳米技术,),：,在,1100nm,范围内研究原子、分子结构特征，通过直接操作和安排原子、分子，将其组装成具有特定功能和结构的一门高新型技术,和,前沿科学。,纳米,材料：,21,世纪最有前途的新型,材料。,纳米效应,纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电,。,这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点,-,表面效应,和体积效,应,6.6.3,纳米,材料和,碳纳米管,纳米,材料的应用,纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。,纳米粉末：,又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在,100,纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。可用于：高密度磁记录材料；吸波隐身材料；磁流体材料；防辐射材料；单晶硅和精密光学器件抛光材料；微芯片导热基片与布线材料；微电子封装材料；光电子材料；先进的电池电极材料；太阳能电池材料；高效催化剂；高效助燃剂；敏感元件；高韧性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等）；人体修复材料；抗癌制剂等。,6.6.3,纳米,材料和,碳纳米管,纳米纤维：,指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。可用于：微导线、微光纤（未来量子计算机与光子计算机的重要元件）材料；新型激光或发光二极管材料等。,纳米膜：,纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密,但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于：气体催化（如汽车尾气处理）材料；过滤器材料；高密度磁记录材料；光敏材料；平面显示器材料；超导材料等。,纳米块体：,是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。主要用途为：超高强度材料；智能金属材料等。,6.6.3,纳米,材料和,碳纳米管,纳米碳管,:,纳,米碳管,(Carbon,nanotube,),是,1991,年才被,发现,的,一种,碳结构。理想纳米碳管是由碳,原子形成,的,石墨,烯片层卷成的无缝、,中空,的管体。,石墨,烯的片层,一般可以,从,一层,到上百层，,含有一层石墨,烯片层的,称为,单壁纳米碳管,(Single walled carbon,nanotube,SWNT),，,多于一层,的则,称为,多壁纳米碳管,(Multi-walled carbon,nanotube,MWNT),。,SWNT,的直径一般,为,1,6 nm,，,最小直径大约为,0.5 nm,，,长度则可达几百纳米到几个微米。因为,SWNT,的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。,MWNT,的层间距约为,0.34,纳米，直径在几个纳米到几十纳米，长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。由于纳米碳管具有较大的长径比，所以可以把其看成为准一维纳米材料。,6.6.3,纳米,材料和,碳纳米管,6.6.3,纳米,材料和,碳纳米管,6.7化学元素与生命健康,6.7.1生命元素,（,p377,）,跟自然界的其它物质一样，人体也是由化学元素组成的,，,人体的化学元素即生命元素,。到目前为止，人类已知112种元素，在我们的身体中就能找到60余种，,根据其在人体内含量的多少，可分为,宏量元素,(,其含量高于,人体体重,万分之一,),和微 量,元素,或,痕量元素,(低于人体体重万分之一)两类,。,宏 量 元素是人体的主要组成部分，是生命机体不可缺少的元素，宏量元素有11种，,占人体总量的,99.95%。,按含量从高到底排列为氧、碳、氢,、氮,、钙、磷、钾、硫、钠、氯和镁，其中,:O（61%）、C（23%）、H（10%）、N（2.69%）、Ca（1.49%）、P（1.0%）,从元素周期表中的排位来看，它们都是原子序,数,20,号以前的轻元素。氧、碳、氢是构成人体各种器官的主要元素；,生命元素与健康,钙,是骨骼形成的主导元素，青少年发育期间常需补钙以促进骨骼的正常生长，老年人常因缺钙而使骨骼变脆而容易折断,；,磷,是构成卵磷脂的关键元素，卵磷脂是脑思维活动中的一种重要物质，是制约智力发展的物质因素,，,氮,是蛋白质、氨基酸里的核心元素，人们通过食入蛋白质来补充所需的元素,微量元素具有明显营养作用和生理功能，是维持生物生长发育、生命活动及繁衍的不可缺少的，如Fe、Cu、Zn、Mn、Cr、F、I、Se、Si、N、Sn、Mo等14种元素。,6.7.1生命元素,宏量元素固然重要，微量元素,也不可缺。现已查明，,至少有,10,种元素在人体中不可没有，否则便会减弱人体的抵抗能力出现相应的病症。,十种元素分别是铁、锌、铜、铬、锰、钴、氟、钼、碘和硒,缺,锌,，孕妇就可能生下脊柱裂甚至无脑的畸形儿，。锌与人的生命攸关，因此被誉为“生命元素,”。,缺,铁,会使血液里的血红蛋白含量偏低，导致血液携氧能力降低，脑供氧量不足，出现脸色苍白、身体虚弱的缺铁性贫血症状,；,氟,有助于牙釉的形成,使用含氟牙膏有利于牙齿保健,。,如果缺,碘,则会引起“甲状腺肿大,”，,6.7.1生命元素,缺食盐中的,钠和氯,则全身乏力，甚至出现“白毛男”和“白毛女,”。,铜,元素，在机体运行中具有特殊的作用，是机体内蛋白质和酶的重要组成部分，许多重要的酶需要铜元素的参与和活化。有研究表明，营养性贫血、白癜风、骨质松脆和胃癌食道癌等病症都与人体缺铜有关。铜是“健康的卫士”！铜器杀菌，一些发达国家的医疗器械是铜制的。有人用铜壶烧开水泡茶喝，不仅好喝而且有益健康,。,无论是宏量元素还是微量元素，都有着自己特定的作用，它们彼此之间相辅相成，在人体中构成一个化学平衡，维系着人体的生命活力,。,6.7.1生命元素,6.7.2有毒害的元素(p145),没有明显的生理功能但可能对人体有毒害的元素,，,如:,Pb、Hg、Cd、As、Ge、Ga、In、Fe、Sn等,能明确引起动物和人类产生疾病的有10余种，最主要的是:碘、氟、硒、铜、钴、镍、铅、镉、硼 等,譬如,:,水土中碘元素异常可引起甲状腺肿或地方性克汀病,氟元素分布过多可引起地方性氟中毒,克山病与低硒因素有明显的正相关系,。,汞中毒引起的“水俣病”是,由于,患者体内大量积蓄,汞、,甲基汞,“Hg(CH,3,),2,”而发生