硅及其化合物.ppt

1、美国的硅谷“斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长公里，宽公里的长条形地带上。由于它集中了全世界0以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为“硅谷”。,硅谷 silicon valley,硅元素(silicon)在地壳中的含量,氧48.6%,硅26.3%,铝7.73%,铁4.75%,钙3.45%,钠2.74%,钾2.47%,镁2.00%,氢0.16%,其他1.20%,硅26.3%,硅的存在与分布,存在：硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态（以氧化物和硅酸盐的形式存在）分布：自然界中分布广泛

2、，是构成矿物和岩石的基本元素。,图 4-1 硅的广泛存在,硅和碳一样,其原子既不易失去电子，也不易得到电子，所以硅的化学性质不活泼,主要形成四价化合物,C,Si,碳是构成有机物的主要元素,硅是构成岩石和许多矿物的主要元素,从原子结构认识硅,硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体,物性：,化性：,1、灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体2、熔点高、硬度大,硅的化学性质不活泼，常温下，与氢氟酸、氟气、强碱反应。加热情况下，也能跟一些非金属(Cl2 O2)反应。,一、硅单质,1、与氟气反应：,2、与氢氟酸反应：,3、与强碱溶液反应：,4、与氯气反应：,5、与氧气反应,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=

3、SiF4+2H2 ,高温,5.用途,晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料.,硅太阳能电池,电脑的中央处理器（CPU）,二氧化硅(SiO2),二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。天然二氧化硅也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体。,硅石,硅矿山,SiO2是硅最重要的化合物，天然存在的叫硅石，有晶体和无定形两大类。,硅石,晶体（石英）,无定形（硅藻土）,水晶,玛瑙,石英是结晶的二氧化硅，包括水晶（无 色透明）和玛瑙（彩色）。沙子中含有小粒的石英晶体。,（一） SiO2,水晶,玛瑙,玛瑙,水晶,晶体二氧化硅,硅藻土由硅藻的细胞壁沉积形成，呈浅黄色或

4、浅灰色，广泛用做催化剂的载体及绝缘材料。全国10个省(区)有硅藻土矿产出。仅次于美国，居世界第2位。在地区分 布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。,无定形二氧化硅,纯的二氧化硅是无色、坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。,1.物理性质：,二、二氧化硅,二氧化硅,Si,O,SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定,2.化学性质,不与水反应,SiO2 + CaO = CaSiO3,SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O,高温,是酸性氧化物具有酸性氧化物的通性，与碱及碱性氧化物反应,实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用

5、玻璃塞，你知道为什么吗？,防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。Na2SiO3俗称“泡花碱”，易溶于水，其水溶液俗名“水玻璃”，是一种矿物胶，可做黏合剂。,3、二氧化硅的用途 由于SiO2具有优良的物理化学性能，加上SiO2在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。,石 英 制 品,水 晶 制 品,现代通信用光缆,光学纤维胃镜,用光导纤维做无开刀手术,光导纤维手术头灯,光导纤维,硅酸盐,结构复杂，一般不溶于水，化学性质很稳定。,硅酸钠（Na2SiO3), 其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。,是由硅、氧和金属组成的化合物

6、的总称。,硅酸盐组成表示,活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O,Na2O SiO2,2MgO SiO2,CaO Al2O3 3SiO23H2O,传统无机非金属材料,硅酸盐产品,陶瓷,水泥,玻璃,生产原料：黏土（Al2O32SiO22H2O ）生产设备：陶瓷窑生产过程：混合-成型-干燥-烧结-冷却主要性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、 绝缘、易成型,陶 瓷,生产原料：纯碱、石灰石、石英 （Na2CO3、CaCO3、SiO2）生产设备：玻璃窑反应原理：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,玻 璃,有色玻璃,钢化玻璃,加入了不同的金属氧化物,普通玻璃加热接近熔化再急速冷却,玻璃,

7、生产原料：石灰石、黏土 （CaCO3、 Al2O32SiO22H2O ）生产设备：水泥回转窑主要成分：3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3,水 泥,具有特殊功能的含硅物质,1、碳化硅（SiC俗称金刚砂），具有金刚石的结构。硬度很大，用作砂纸、砂轮的磨料。,2、硅 钢（铁合金） 导磁性良好，用作变压器铁芯,3、硅橡胶,4、分子筛,新型无机非金属材料之一：,高温结构陶瓷、压电陶瓷,新型陶瓷的用途之一:航天飞机的“防火衣”防热瓦,生产过程：使用硅土黏合剂将低密度非晶硅增强纤维粘合成长15cm，宽15cm，厚210cm的拱形瓦，经过高温烧结，再在表面涂上一层高温结构陶瓷，就成了一块防

8、热瓦,高温结构陶瓷的应用,防热瓦的优点：,耐热（可承受2000）防潮耐磨超群的隔热能力反射太阳光可重复使用,高温结构陶瓷的应用,航天飞机,高温结构陶瓷的应用,资料:,两年半前，正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦，导致美国的“哥伦比亚”号返航时在空中解体。,高温结构陶瓷之所以在航天事业上的有如此优秀的表现,因为它具有耐高温、耐氧化、超强、超硬等优点，它可以在各种恶劣环境下使用，同时，也是制造汽车发动机，喷气发动机的理想材料，可以大大提高能源的利用率，可以使汽车跑得更快，飞机飞得更高。,高温结构陶瓷的应用,超导陶瓷：,所谓超导现象就是金属的电阻随温度的升高而增大，当金属的温度降低时，它的

9、电阻减小,当温度降到-269（液氮温度，为4K）左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象我国研制的超导陶瓷的临界温度为77K，处于世界领先水平。,超导陶瓷,生物陶瓷,这种陶瓷强度大,韧性好,与人体亲和力好，目前它是人体骨骼和牙齿的重要移植材料。在这一领域我国处于世界领先水平。,压电陶瓷,利用陶瓷，还可实现多种功能互换。如安放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打即刻产生一个电火花，将机械能转变成电能。,材料是社会发展和人类进步的一种标志,材料科学和工程是人类科技文明生活和工农业生产的推动器，新材料的发现和它的广泛应用常常会带来社会生产的变革和新兴产业的出现比如硅的出现就引发了现代信息产业的一场革命,再见,