第六章 非金屬元素與無機非金屬材料

1、第五章第五章 非金屬元素與無機非金屬材料非金屬元素與無機非金屬材料 Chapter 6 Nonmetals and Inorganic Chapter 6 Nonmetals and Inorganic nonmetallic Materialsnonmetallic Materials2 原子的性質(zhì);1 外層電子構(gòu)型; 如下內(nèi)容請自行歸納：如下內(nèi)容請自行歸納：3 氧化數(shù)；4 晶體類型：5 物理性質(zhì);6 化學(xué)性質(zhì);7 含氧酸鹽。6.2 6.2 非金屬元素的重要化合物非金屬元素的重要化合物一、鹵化物1 鹵化物的晶體類型及熔沸點非金屬非金屬鹵化物鹵化物 鹵化物的熔點：這種情況在第四章離子極化理論曾

2、予以說明過。氯化物氯化物NaFMgF2AlF3SiF4PF5SF6熔點熔點/C99512501040-77-94-51沸點沸點/C172022601260- -65- -85- -64熔融時導(dǎo)熔融時導(dǎo)電性電性易易易易易易不能不能不能不能不能不能鹵化物鹵素與比鹵素電負(fù)性小的元素 組成的二元化合物。 非金屬氯化物（分子型），熔點低，穩(wěn)定性好。如SF6，不易燃、耐高壓，是優(yōu)異的氣體絕緣材料。 過渡狀態(tài)的氯化物，如AlCl3、SiCl4，則熔點不很高且易揮發(fā)分解?？捎脕碓诒砻嫣幚頃r滲鋁、滲硅。 活潑金屬氯化物（離子型）其熔、沸點高，穩(wěn)定性好，不易熱分解。如NaCl、KCl、BaCl2可作鹽浴劑。氧化物

3、氧與電負(fù)性比氧小的元素組成的二元化合物。氧化物又有：正常氧化物，如：NaO 過氧化物， 如：Na2O2 超氧化物， 如：KO2此處討論正常氧化物。 氧氧 化化 物物 氧化物及其水合物的酸堿性 R O H堿式堿式解離解離ROHRn+n+ +OH- -酸式酸式解離解離 ROH模型模型ROH由由Rn+n+、O2- -、H+ +離子組成；離子組成；ROH中中RO，OH皆為離子鍵；皆為離子鍵； ROH的解離方式?jīng)Q定于的解離方式?jīng)Q定于R- -O鍵的相對強鍵的相對強弱，即決定于弱，即決定于Rn+n+的極化力。的極化力。ROHH+ROn- 同周期： Na+ Mg2+ Al3+ Si4+ P5+ S6+ Cl7

4、+ Rn+ 電 荷 依次增大 R-O結(jié)合力 依次增強 RO對H+斥力 依次增大 ROH的酸性 依次增強 同族：上下n+同r(+)大Rn+極化力 弱R-O鍵 弱酸性 弱 用ROH模型說明氫氧化物酸、堿性： 熱分解,如: 2HgO 2Hg+O2 可用fH判斷；大多數(shù)氧化物穩(wěn)定,不分解。少數(shù)不活潑金屬氧化物受熱會分解： 2Ag2O 4Ag+O2鹵素氧化物最不穩(wěn)定，低溫即分解3 氧化物的穩(wěn)定性 置換，如: 2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe 可用G-T 圖判斷。材料無機材料有機材料非金屬材料金屬材料高分子材料復(fù)合材料材料的分類：我們在這里討論新型無機非金屬材料新型無機非金屬材料新型無機非金屬材料包

5、括：超導(dǎo)、光導(dǎo)、激光、半導(dǎo)體材料，先看一個超導(dǎo)實驗：一小塊磁鐵漂浮在高溫超導(dǎo)體上方超導(dǎo)體降溫先后次序不影響懸浮效果。這里，液氮使超導(dǎo)體處于零電阻狀態(tài)。磁鐵落向超導(dǎo)體時，按著安培定律超導(dǎo)體會產(chǎn)生感應(yīng)電流，與形成的磁場產(chǎn)生反作用。從而使磁鐵保持懸浮狀態(tài)。1 超導(dǎo)現(xiàn)象及臨界條件 1911年發(fā)現(xiàn)，Hg在4.2K附近,電阻突然消失。金屬的這種特殊狀態(tài)稱超導(dǎo)態(tài)。 向超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度叫超導(dǎo)臨界溫度Tc。超導(dǎo)態(tài)時，磁感應(yīng)強度也為零，即具有完全的抗磁性。當(dāng)磁場超過Hc時,超導(dǎo)態(tài)被破壞。Hc叫臨界磁場。 超超 導(dǎo)導(dǎo) 材材 料料 通過超導(dǎo)體的電流超過Ic后，超導(dǎo)態(tài)也被破壞。Ic叫臨界電流。 TTc，HHc，IIc

6、超導(dǎo)態(tài)都被破壞稱超導(dǎo)體的三大鄰界條件。2 超導(dǎo)材料 目前已發(fā)現(xiàn)30種單質(zhì)，8000種金屬、合金、化合物具有超導(dǎo)性。 但是，超導(dǎo)材料的臨界溫度都很低，難于實際應(yīng)用。尋找高溫超導(dǎo)是該領(lǐng)域的首要課題。1987年 趙忠賢等發(fā)現(xiàn)，YBa2Cu3O7-x (Tc = 90K)1993年 中-瑞合作發(fā)現(xiàn)，Hg-Ba-Cu-O (Tc = 133.5K)磁懸浮列車磁懸浮列車 磁懸浮列車是由無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動系統(tǒng)組成的新型交通工具，磁懸浮列車分為超導(dǎo)型和常導(dǎo)型兩大類。 上海磁懸浮列車是“常導(dǎo)磁吸型”。 磁懸浮列車?yán)谩巴韵喑猓愋韵辔钡脑恚尨盆F具有抗拒地心引力的能力，使車體完全脫離軌道，懸浮在

7、距離軌道約1厘米處，騰空行駛。 超導(dǎo)磁體和軌道都在列車的下部。 激 光 材 料光源亮度高；方向性極強;單色性極好。1 激光的特點: 白熾燈泡產(chǎn)生的白光是不同波長、不同顏色的光合成的，向各方向放射。激光是單一顏色（單一波長）光形成的，向一個方向發(fā)射，波峰和波谷都一致2 2 激光的產(chǎn)生激光的產(chǎn)生: : 通常,物質(zhì)的粒子大多處于基態(tài),極少處于激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)粒子躍遷回基態(tài)放出熱(非輻射躍遷)和光（輻射躍遷）自發(fā)輻射； 若人為地使多數(shù)粒子處于激發(fā)態(tài)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱工作物質(zhì)。 此時，以一光子入射此工作物質(zhì)。受激原子能被嚴(yán)格與此原子自然發(fā)射時完全同色（同一波長的）的光子所“刺激”。它能使受

8、激原子立刻發(fā)射和它相同波長的光和與入射光子一致的光子受激發(fā)射。這是世界上最大的激光器，可以用來熔化很小的樣品。 科學(xué)家在地面站把激光送給軌道上的一顆人造激光測距(SLR)的距離。站和人造衛(wèi)星之間夠精確的確定地面的測量使科學(xué)家能需時間。往返時間星到地面站往返所家記錄光從人造衛(wèi)衛(wèi)星，人造衛(wèi)星再把光線反射回地面站，科學(xué) 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料空間技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、新能源技術(shù)、紅外技術(shù)都離不開半導(dǎo)體材料的應(yīng)用半導(dǎo)體材料是只能在一定條件下才導(dǎo)電 的材料。因此它不同于導(dǎo)體也不同于絕緣體。按金屬鍵的能帶理論，半導(dǎo)體是禁帶窄、電子易激發(fā)的材料。以金屬鈉為例：Na的外層電子構(gòu)型外層電子構(gòu)型3s1:按分子軌道理論

9、，兩個鈉原子在一起可按分子軌道理論，兩個鈉原子在一起可以形成兩個以形成兩個“分子軌道分子軌道”。但是電子分布。但是電子分布如果是四個鈉原子，則是：如果是四個鈉原子，則是：滿軌道滿軌道空軌道空軌道滿軌道滿軌道空軌道空軌道應(yīng)符合洪特規(guī)則：應(yīng)符合洪特規(guī)則： 金屬晶體中，原子緊密堆積，原子數(shù)目如，如，Na的的3s1形成形成3s能帶：能帶：子軌道間能量差很小,形成了能帶。很大，可以組合成很多分子軌道。這些分8 16 32 n空帶空帶 滿帶滿帶能量能量 在滿帶和導(dǎo)帶之間還有禁帶，其寬、窄視材料而不同。導(dǎo)體導(dǎo)體 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 絕緣體絕緣體 導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的區(qū)別就在于它們的禁帶寬度。半導(dǎo)體禁帶寬度9.6290kJmol-1 在半導(dǎo)體中，若滿帶中一個電子被激發(fā)到導(dǎo)帶：則，導(dǎo)帶中有一個負(fù)電荷（電子）， 滿帶中有一個正電荷（空穴）?？昭昭娮与娮訚M帶滿帶導(dǎo)導(dǎo)帶帶在電場中：電子正極；空穴負(fù)極 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中又自由電子正電空穴的電導(dǎo)之和。其電導(dǎo)是電子和空穴這就是半導(dǎo)