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1、会计学1无机化学无机化学(wjhuxu)幻灯幻灯第一页，共46页。2023/2/72灰黑色，高硬度，高灰黑色，高硬度，高 m.p.。结晶硅是重要。结晶硅是重要(zhngyo)电子工业材料。电子工业材料。硅单质硅单质(dnzh)有无定形体和晶体两种，其晶体类似金刚石。有无定形体和晶体两种，其晶体类似金刚石。由于由于Si的原子半径大，电离能低，电子亲合能的原子半径大，电离能低，电子亲合能和极化率高，因此和极化率高，因此Si在化学性质上与碳有许多在化学性质上与碳有许多不同之处，例如不同之处，例如Si和和Si之间基本上不形成之间基本上不形成pp键，倾向以较多的键，倾向以较多的键形成聚合体。键形成聚合体
2、。Si：sp3，换言之，换言之，Si的的sp或或sp2杂化不稳定。杂化不稳定。Si原子的价轨道原子的价轨道(gudo)存在存在3d空轨道空轨道(gudo),其最大配位数可以达到其最大配位数可以达到6，如：化合，如：化合物物Na2 SiF6；再如；再如N(SiH3)3中中N原子采取原子采取sp2杂杂化，分子为平面三角形，这是由于化，分子为平面三角形，这是由于N原子的孤对原子的孤对电子对占有电子对占有Si原子的原子的3d空轨道空轨道(gudo)，形成，形成dp键所致。显然键所致。显然N(CH3)3与与N(SiH3)3的碱性的碱性也不同，前者的也不同，前者的Lewis碱性大于后者。碱性大于后者。第2
3、页/共46页第二页，共46页。2023/2/73 粗硅的取得粗硅的取得 SiO2 +2 C Si (粗粗)+2 CO 电炉电炉18001 制备制备(zhbi)硅硅(Silicon)：冶金级硅（纯度：冶金级硅（纯度(chnd)98.5%99.7%）全世界年）全世界年产量约产量约5105 t.大部分以各种品级的硅铁进入市场，年产量大部分以各种品级的硅铁进入市场，年产量 5108 t.冶金级硅的冶金级硅的65%用于制造合金用于制造合金(hjn),约约 30%用于制造硅用于制造硅橡胶，约橡胶，约 4%用于制造半导体和高分散度的二氧化硅。大量用于制造半导体和高分散度的二氧化硅。大量硅铁被用作炼钢过程的除
4、氧剂。硅铁被用作炼钢过程的除氧剂。第3页/共46页第三页，共46页。2023/2/74n n (1)SiCl4+2Zn=Si+2ZnCl2n n (2)SiO2和和C混合，在电炉中加混合，在电炉中加热热:n n SiO2+2C=Si+2COn n (3)SiO2+CaC2=Si+Ca+2COn n (4)硅烷的分解硅烷的分解:SiH4=Si+2H2n n n n 用作半导体用的超纯硅，需用用作半导体用的超纯硅，需用(x yn)区域熔融的方法提纯区域熔融的方法提纯99.999999%第4页/共46页第四页，共46页。2023/2/75区域区域(qy)融熔示融熔示意图意图Si(粗粗)+2Cl2 S
5、iCl4，Si(粗粗)+3HCl SiHCl3+H2673-773 K553-573 KSiCl4+2H2 Si(纯纯)+4HCl，SiHCl3+H2 Si(纯纯)+3HCl1273K1173K粗馏提纯粗馏提纯区域融熔区域融熔单晶硅单晶硅提提提提 纯纯纯纯第5页/共46页第五页，共46页。2023/2/76第6页/共46页第六页，共46页。2023/2/772 化学反应化学反应(huxu fnyng)Si 和强碱的作用和强碱的作用(zuyng)类似于砷，比砷更容易些类似于砷，比砷更容易些 Si +2 NaOH +H2O Na2SiO3 +2 H2 单一的酸不能与单一的酸不能与 Si 反应反应(
6、fnyng)，钝化，钝化，Si 可溶于可溶于 HFHNO3 混酸中混酸中 3 Si +18 HF+4 HNO3 3 H2SiF6 +4 NO+8 H2OSi 在常温下不活泼，而在高温下可以和在常温下不活泼，而在高温下可以和 O2、Cl2、N2 反应，也可以和反应，也可以和 Ca，Mg，Mn 等等金属金属反应。反应。2Mg+Si=Mg2SiSi 在高温下与水蒸气反应在高温下与水蒸气反应:Si+3H2O=H2SiO3+2H2 第7页/共46页第七页，共46页。2023/2/78附录附录附录附录(fl)(fl)：半导体硅：半导体硅：半导体硅：半导体硅半导体性质半导体性质(xngzh)(xngzh)：
7、周期表中：周期表中 7 7 种半导体元素种半导体元素 B B，SiSi，GeGe，AsAs，SbSb，Se Se 和和 Te Te全在全在 p p 区区.特别需要提醒的是特别需要提醒的是:不能不能以导电能力判断一种物质是否属于半导体，用作判据的只以导电能力判断一种物质是否属于半导体，用作判据的只能是禁带的宽度能是禁带的宽度.第第 族元素和某些第族元素和某些第 族化合物的禁带族化合物的禁带（25）材料材料 E/eV 材料材料 E/eV C(金刚石金刚石)5.47 BN 7.5(近似值近似值)SiC 3.00 BP 2.0Si 1.12 GaN 3.36Ge 0.66 GaP 2.26Sn 0 G
8、aAs 1.42 InAs 0.36第8页/共46页第八页，共46页。2023/2/79晶晶硅硅：具具金金属属光光泽泽，能能导导电电（不不及及金金属属）准准金金属属：制制半半导导体体的的材料。材料。E3ev。掺入元素后。掺入元素后E减少减少(jinsho)，如，如Si：E=1.1ev掺掺入入A(B、Al、Ge、In)少少了了一一个个电电子子，留留下下了了一一个个带带正正电电荷荷的的“空穴空穴”，元素导电性增加形成，元素导电性增加形成p型半导体；掺入型半导体；掺入Al后后 E=0.057ev掺掺入入A(p、As、Sb、Bi)多多了了一一个个电电子子，元元素素导导电电性性增增加加形形成成n型型半导
9、体。掺入半导体。掺入P后后 E=0.044 ev。p-型和型和 n-型半导体型半导体第9页/共46页第九页，共46页。2023/2/710p-型半导体受到光的照射型半导体受到光的照射,价带中的电子吸收光能后被激发价带中的电子吸收光能后被激发至导带至导带,在价带留下带正电荷的空穴。与正电荷空穴不同在价带留下带正电荷的空穴。与正电荷空穴不同,导导带电子容易穿越接触面进入带电子容易穿越接触面进入n-型半导体型半导体,这样就产生了电流。这样就产生了电流。这些这些(zhxi)电子由导线携带穿过外电路的负载电子由导线携带穿过外电路的负载(如灯泡如灯泡,电动电动马达等马达等),最后回到最后回到p-型半导体型
10、半导体,以填充那里的空穴。继续吸以填充那里的空穴。继续吸收光线会产生更多的传导电子和空穴收光线会产生更多的传导电子和空穴,只要有光线照射在太只要有光线照射在太阳能电池上阳能电池上,这个过程就会继续下去。这个过程就会继续下去。光电池光电池第10页/共46页第十页，共46页。2023/2/711光子带隙材料光子带隙材料硅单晶材料硅单晶材料太阳电池材料太阳电池材料纳米半导体材料纳米半导体材料一 些 半 导 体 硅 材 料第11页/共46页第十一页，共46页。2023/2/712Silicon nitride(Si3N4)is a hard,solid substance,that can be ob
11、tained by direct reaction between silicon and nitrogen at high temperatures.Silicon nitride is the main component in silicon nitride ceramics,which have relatively good shock resistance compared to other ceramics.Rollers made of silicon nitride ceramic are sometimes used in high-end skateboard beari
12、ngs,due to the materials shock and heat-resistant characteristics.It is also used as an ignition source for domestic gas appliances,hot surface ignition.In microelectronics,silicon nitride is usually formed using chemical vapor deposition(CVD)method,or one of its variants,such as plasma-enhanced che
13、mical vapor deposition(PECVD).It is usually used either as an insulator layer to electrically isolate different structures or as an etch mask in bulk micromachining.As a passivation layer for microchips,it is superior to silicon dioxide,as it is a significantly better diffusion barrier against water
14、 molecules and sodium ions,two major sources of corrosion and instability in microelectronics.It is also used as a dielectric between polysilicon layers in capacitors in analog chips.Bulk,monolithic silicon nitride is used as a material for cutting tools,due to its hardness,thermal stability,and res
15、istance to wear.It is especially recommended for high speed machining of cast iron.For machining of steel,it is usually coated by titanium nitride(usually by CVD)for increased chemical resistance.第12页/共46页第十二页，共46页。2023/2/713Lightning ArrestersIn telegraphy and telephony a lightning arrester is plac
16、ed where wires enter a structure,preventing damage to electronic instruments within and ensuring the safety of individuals near them.Lightning arresters,also called surge protectors,are devices which are connected between each electrical conductor in a power and communications systems and the earth.
17、These provide a short circuit to the ground that is interrupted by a non-conductor over which lightning jumps.Its purpose is to limit the rise in voltage when a communications or power line is struck by lightning.The non-conducting material may consist of a semi-conducting material like silicon carb
18、ide or zinc oxide,or a spark gap.Primitive varieties of such spark gaps are simply open to the air,but more modern varieties are filled with dry gas and provided with a small amount of radioactive material to encourage the gas to ionize when the voltage across the gap reaches a specified level.Other
19、 designs of lightning arresters use a glow-discharge tube(essentially like a neon glow lamp)connected between the protected conductor and ground,or any one of a myriad of voltage-activated solid-state switches called varistors or MOVs.Lightning arresters built for substation use are impressive devic
20、es,consisting of a porcelain tube several feet in length and several inches in diameter,filled with disks of zinc oxide.A safety port is supplied on the side of the device to vent the occasional internal explosion without shattering the porcelain cylinder.第13页/共46页第十三页，共46页。2023/2/71411.2 硅硅n n11.2.
21、1 单质(dnzh)n n11.2.2 硅烷n n11.2.3 硅的卤化物n n11.2.4 硅的含氧化合物第14页/共46页第十四页，共46页。2023/2/715硅的饱和氢化物称为硅的饱和氢化物称为(chn wi)硅烷硅烷(silane or silicon)。最简单。最简单的为的为SiH4。气态：气态：SiH4 Si2H6 液态：液态：Si3H8 Si4H10 Si5H12 Si6H14 故硅烷的种类故硅烷的种类(zhngli)比烷烃少得多，比烷烃少得多，Sin H2n+2 (n 6)。最典型的是甲硅烷最典型的是甲硅烷 SiH4 无色无臭气体。无色无臭气体。Si Si 键不如键不如 CC
22、 键强，尤其是键强，尤其是 Si Si 双键。双键。因为因为 Si 的原子半径比的原子半径比 C 大，大，成成 键时原子轨道重叠键时原子轨道重叠(chngdi)程度小，成程度小，成 键时重叠键时重叠(chngdi)程度更小。程度更小。另一种说法：另一种说法：SinH(2n+2)n可高达可高达15 甲硅烷甲硅烷1 结构结构 第15页/共46页第十五页，共46页。2023/2/716 与与 CH4 对比进行对比进行(jnxng)讨讨论。论。1稳定性比稳定性比 CH4 差差 SiH4 Si +2 H2 甲烷分解甲烷分解 1773 K773 K 2还原性比还原性比 CH4 强强 SiH4 +2 O2
23、SiO2+2 H2O 而而甲烷不能自燃甲烷不能自燃 自燃自燃2 化学性质化学性质(huxu xngzh)3 水解水解(shuji)性性 SiH4+(n+2)H2O SiO2n H2O +4 H2 (需微量需微量 OH 参与参与)甲烷不水解甲烷不水解(shuji)，无此反应。，无此反应。SiH4 +8 AgNO3 +2 H2O SiO2+8 HNO3+8 Ag SiH4+2 MnO4 MnO2 +SiO32+H2O +H2可以用可以用KMnO4来鉴别在纯水中硅烷来鉴别在纯水中硅烷在纯水和微酸性溶液中不水解在纯水和微酸性溶液中不水解原因是亲氧原因是亲氧性性第16页/共46页第十六页，共46页。20
24、23/2/7173 制制 备备 SiO2 与金属与金属(jnsh)一同灼烧一同灼烧 之后在酸中水解之后在酸中水解 Mg2Si +4 HCl SiH4 +2 MgCl2 Mg2Si+4NH4Br SiH4+2MgBr2+4NH3 这样这样(zhyng)制得的制得的 SiH4 中含有中含有 Si2H6 ，Si3H8 等杂质等杂质。制备制备(zhbi)纯的纯的 SiH4 SiCl4 +LiAlH4 SiH4 +LiCl +AlCl3 SiO2 +4 Mg Mg2Si +2 MgO 第17页/共46页第十七页，共46页。2023/2/71811.2 硅硅n n11.2.1 单质(dnzh)n n11.
25、2.2 硅烷n n11.2.3 硅的卤化物n n11.2.4 硅的含氧化合物第18页/共46页第十八页，共46页。2023/2/719n n正四面体正四面体正四面体正四面体(zhn s min t)(zhn s min t)结构单元结构单元结构单元结构单元:n n SiO4,SiS4,SiN4,SiC4 SiO4,SiS4,SiN4,SiC4 SiF4(g)，SiCl4(l)，SiBr4(l)，SiI4(s)均无色均无色(w s)。SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4聚集态聚集态 g l l s相对分子质量相对分子质量 小小 大大溶沸点溶沸点 低低 高高第19页/共46页第十九页，共46
26、页。2023/2/720SiX4+4 H2O H4SiO4 +4 HX 此为共性，此为共性，SiCl4，无色液体，空气，无色液体，空气(kngq)中潮解发烟。中潮解发烟。可以从结构上分析可以从结构上分析(fnx)SiCl4 水解反应进行的机理。水解反应进行的机理。1 水解水解(shuji)性性 sp3 杂化 sp3d 杂化 sp3 杂化 ClClClClSiClClClOHSiClClClOHSiCl+OH Cl第20页/共46页第二十页，共46页。2023/2/721 关键是关键是 Si 有有 3 d 空轨道空轨道(gudo)，可以接受，可以接受 OH 以形以形成成 sp3d 杂化的五配位中
27、间体，故杂化的五配位中间体，故 SiCl4 易水解。易水解。而而 CCl4 中中 C 的价层无的价层无 d 轨道轨道(gudo)，故不易水解，故不易水解。SiF4 +4 H2O H4SiO4+4 HFSiF4 +2 HF H2SiF6 H2SiF6 是强酸是强酸(qin sun)，和，和 H2SO4 相近。但相近。但纯的纯的 H2SiF6 尚未制得，其盐尚未制得，其盐 Na2SiF6，K2SiF6 较较难溶，但难溶，但 PbSiF6 却易溶。却易溶。水解水解(shuji)快并生成快并生成 SiF62 的性质与其路易斯酸性有关的性质与其路易斯酸性有关!3SiF4+2Na2CO3+2H2O=2Na
28、2SiF6+H4SiO4+CO2第21页/共46页第二十一页，共46页。2023/2/722和焦炭和焦炭(jiotn)共热共热 SiO2 +2 Cl2 +2 C SiCl4 +2 CO或者或者(huzh)使用现制取的使用现制取的 HF SiO2+2CaF2+2H2SO4 2CaSO4+SiF4+2H2O2 制备制备(zhbi)SiO2+4 HF =SiF4+2 H2OSi+2 Cl2 =SiCl4第22页/共46页第二十二页，共46页。2023/2/72311.2 硅硅n n11.2.1 单质(dnzh)n n11.2.2 硅烷n n11.2.3 硅的卤化物n n11.2.4 硅的含氧化合物第
29、23页/共46页第二十三页，共46页。2023/2/724无定型体：石英(shyng)玻璃、硅藻土、燧石晶体：天然晶体为石英(shyng)，属于原子晶体纯石英(shyng)：水晶含有杂质的石英(shyng)：玛瑙，紫晶1 二氧化硅二氧化硅(r yng hu gu)第24页/共46页第二十四页，共46页。2023/2/725水晶(shujng)石英(shyng)盐黑曜石紫晶缟玛瑙(mno)玛瑙第25页/共46页第二十五页，共46页。2023/2/726：Si 采用采用 sp3 杂化轨道与杂化轨道与 O 形成硅氧四面体形成硅氧四面体,处于四面体顶端的处于四面体顶端的 氧原子均为周围的四面体共氧原子
30、均为周围的四面体共用，这种结构导致用，这种结构导致(dozh)其化学性质很稳定其化学性质很稳定.正硅酸根离子正硅酸根离子SiO44-共用一个顶点的二硅酸根离子共用一个顶点的二硅酸根离子Si2O76-共用两个顶点的链状翡翠共用两个顶点的链状翡翠 NaAl(SiO3)2绿绿柱石中共用两个顶点的环状柱石中共用两个顶点的环状Si6O1812-(1)结构结构(jigu)第26页/共46页第二十六页，共46页。2023/2/727 SiO2 不溶于水，但它是硅酸的酸酐。加热(ji r)可使其溶于强碱的水溶液或与 Na2CO3 共熔融，形成可溶性硅酸盐，如硅酸钠。SiO2 和 HF 有特殊(tsh)反应 S
31、iO2 +4 HF SiF4+2 H2O (2)性质性质(xngzh)说明不能用磨口说明不能用磨口玻璃瓶盛碱！玻璃瓶盛碱！HF 不能用玻璃瓶不能用玻璃瓶保存；可用保存；可用HF蚀蚀刻玻璃刻玻璃不活泼，高温时只能被不活泼，高温时只能被Mg、Al 或或 B 还原还原 SiO2+2 Mg 2 MgO+Si高温高温第27页/共46页第二十七页，共46页。2023/2/728可溶性硅酸盐与酸反应可溶性硅酸盐与酸反应(fnyng)可得正硅酸可得正硅酸 SiO44+4 H+H4SiO4 正硅酸正硅酸 Ka=3.0 10 102 硅酸硅酸(u sun)12210132106.1107.1 SiOH-=，溶解度
32、小，是二元弱酸KK可溶性硅酸盐与可溶性硅酸盐与H+,CO2,NH4+反应反应(fnyng)得到得到H2SiO3 第28页/共46页第二十八页，共46页。2023/2/729 x=1，y=2，H4SiO4 正（原）硅酸正（原）硅酸(u sun)x=2，y=1，H2Si2O5 二偏硅酸二偏硅酸(u sun)x=2，y=3，H6Si2O7 焦硅酸焦硅酸(u sun)硅酸根之间易缩合硅酸根之间易缩合(suh)，使硅酸的存在形式变得很复杂，经常用，使硅酸的存在形式变得很复杂，经常用 x SiO2 y H2O 表示硅酸根的组成，如表示硅酸根的组成，如 x=1，y=1，H2SiO3 偏硅酸偏硅酸 正硅酸正硅
33、酸(u sun)放置时，将聚合成分子量较高的硅酸放置时，将聚合成分子量较高的硅酸(u sun)。H6Si2O7 +H4SiO4 H8Si3O10 +H2O H6Si2O7 +H8Si3O10 H12Si5O16+H2O 当分子量达到一定程度时，则生成硅胶。当分子量达到一定程度时，则生成硅胶。聚合程度的高低，和溶液的聚合程度的高低，和溶液的 pH 有关。碱性强时，聚合程度有关。碱性强时，聚合程度较低；酸性时，聚合程度较高。较低；酸性时，聚合程度较高。第29页/共46页第二十九页，共46页。2023/2/730 在单聚可溶性硅酸盐在单聚可溶性硅酸盐 Na2SiO3 中，加中，加 H+Na2SiO3
34、 +2 H+H2SiO3 +2 Na+至至 pH=7 8 时，硅酸根缩聚，聚合度逐渐时，硅酸根缩聚，聚合度逐渐(zhjin)加高，形成大分加高，形成大分子量的胶体溶液。子量的胶体溶液。当分子量达到当分子量达到(d do)一定程度时，变成凝胶。用热水洗涤，一定程度时，变成凝胶。用热水洗涤，去掉去掉生成的盐，烘干生成的盐，烘干(333 343 K)，加热，加热(573 K)活化，得到一活化，得到一种多孔性有吸附作用的物质种多孔性有吸附作用的物质 多孔硅胶。多孔硅胶可用为干多孔硅胶。多孔硅胶可用为干燥剂，具有吸水作用。燥剂，具有吸水作用。3 硅胶硅胶(u jio)浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶。胶
35、冻状硅酸硅胶-H2O第30页/共46页第三十页，共46页。2023/2/731 吸水前后，若有颜色变化，会更有利于使用。为此，可用吸水前后，若有颜色变化，会更有利于使用。为此，可用CoCl2 溶液浸泡后，再烘干。溶液浸泡后，再烘干。CoCl2 无水时呈蓝色，当干燥剂吸水后，随无水时呈蓝色，当干燥剂吸水后，随吸水量不同，硅胶吸水量不同，硅胶(u jio)呈现蓝紫紫粉红。呈现蓝紫紫粉红。硅胶的结构硅胶的结构(jigu)是以是以 SiOSi 键联为基础的。胶体处键联为基础的。胶体处于不完整键合和混杂无序状态。于不完整键合和混杂无序状态。无水无水 CoCl2 CoCl26 H2O 最后最后 Co(H2
36、O)62+使硅胶使硅胶(u jio)呈粉红色，说明硅胶呈粉红色，说明硅胶(u jio)已经吸饱水，再使用时要烘干。已经吸饱水，再使用时要烘干。称这种硅胶称这种硅胶(u jio)为变色硅为变色硅胶胶(u jio)。天平的玻璃罩内天平的玻璃罩内的的变色硅胶，若变红，则表示硅胶已经失效，无变色硅胶，若变红，则表示硅胶已经失效，无吸水性，需烘干变蓝后再用。吸水性，需烘干变蓝后再用。第31页/共46页第三十一页，共46页。2023/2/732 1硅酸盐结构的图示法硅酸盐结构的图示法 硅酸盐种类极多，其结构可分为硅酸盐种类极多，其结构可分为(fn wi)链状、片状和三维网络链状、片状和三维网络状，但其基本
37、结构单元都是硅氧四面体。状，但其基本结构单元都是硅氧四面体。SiOOOO SiO44 (单聚正硅酸根单聚正硅酸根)从从 O Si 连连线投影，线投影，得到平面得到平面图形，中心是图形，中心是 Si和一个和一个 O 的重叠，的重叠，则单聚正硅酸根可表示如右图：则单聚正硅酸根可表示如右图：4 硅酸盐硅酸盐 焦硅酸根焦硅酸根 Si2O74 二聚硅酸根二聚硅酸根第32页/共46页第三十二页，共46页。2023/2/733 2 硅酸盐结构的分类硅酸盐结构的分类 硅氧四面体共用两个硅氧四面体共用两个(lin)顶点，可连接成长链顶点，可连接成长链：这种链状硅酸根之间，通过阳离子相互这种链状硅酸根之间，通过阳
38、离子相互(xingh)结合成束，即结合成束，即成纤维状硅酸盐，如石棉。成纤维状硅酸盐，如石棉。通式通式(tngsh)Si n O 3n+1 (2n+2)第33页/共46页第三十三页，共46页。2023/2/734 蓝石棉蓝石棉(shmin)温石棉温石棉(shmin)H4(Mg Fe)3 Si2O9第34页/共46页第三十四页，共46页。2023/2/735 SiO44 共三个顶点相联，可形成片状（层状）结构，层与层之间共三个顶点相联，可形成片状（层状）结构，层与层之间通过阳离子约束通过阳离子约束(yush)，得片层状硅酸盐。，得片层状硅酸盐。如云母如云母 KMg3(OH)2 Si3 AlO10
39、第35页/共46页第三十五页，共46页。2023/2/736 金云母金云母 H4K2Mg6Al2Si6O24第36页/共46页第三十六页，共46页。2023/2/737 SiO44 共用四个顶点，结成三维网络状结构，如沸石类。共用四个顶点，结成三维网络状结构，如沸石类。沸石有微孔，有笼，有吸附性。因为是晶体，不同于硅胶，沸石有微孔，有笼，有吸附性。因为是晶体，不同于硅胶，孔道规格均一。根据孔径的大小孔道规格均一。根据孔径的大小(dxio)，可筛选分子，称沸石，可筛选分子，称沸石分子筛。分子筛。由于沸石分子由于沸石分子(fnz)筛的孔道一致，故对分子筛的孔道一致，故对分子(fnz)的选择性强，不
40、的选择性强，不同于活性炭，见下图的对比。同于活性炭，见下图的对比。活性炭活性炭分子半径分子半径吸附量吸附量沸石分子筛沸石分子筛分子半径分子半径吸附量吸附量 石油工业石油工业(sh yu n y)上广泛使用沸石分子筛做催化剂或上广泛使用沸石分子筛做催化剂或催化剂载体。催化剂载体。第37页/共46页第三十七页，共46页。2023/2/738n n硅酸盐结构归纳硅酸盐结构归纳n n (i)每个每个SiO4四面体四面体Si:O=1:4,化学式为化学式为SiO44-n n (ii)两个两个SiO4以角氧相连，以角氧相连，Si和和O的原子数之比是的原子数之比是1:3.5，化学，化学式为式为Si2O72-n
41、 n (iii)SiO4以两个角氧分别和其以两个角氧分别和其它它SiO4两个角氧相连成环状或两个角氧相连成环状或长链状结构，长链状结构，Si:O=1:3n n (iv)SiO4以角氧构造以角氧构造(guzo)成双链，成双链，Si:O=4:11，n n (v)SiO4分别以三角氧和其它分别以三角氧和其它三个三个SiO4相连成层状结构相连成层状结构n n (vi)SiO4分别以四个氧和其他分别以四个氧和其他四个相连成立体结构，四个相连成立体结构，SiO2 第38页/共46页第三十八页，共46页。2023/2/739Si:O=1:3第39页/共46页第三十九页，共46页。2023/2/740可溶性：
42、Na2SiO3(水玻璃)、K2SiO3不溶性：大部分硅酸盐难溶于水，且有特征(tzhng)颜色。硅酸盐水中花园(huyun)硅酸盐结构复杂，一般写成氧化物形式硅酸盐结构复杂，一般写成氧化物形式.泡沸石：泡沸石：Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O硅酸钠：硅酸钠：Na2O nSiO2第40页/共46页第四十页，共46页。2023/2/741碱金属硅酸盐水解使溶液碱金属硅酸盐水解使溶液(rngy)显碱性，酸或铵盐促进水解显碱性，酸或铵盐促进水解使之沉淀出硅酸：使之沉淀出硅酸：碱金属硅酸盐大量用于制造洗涤剂，用作制造橡胶碱金属硅酸盐大量用于制造洗涤剂，用作制造橡胶(xingjio)、塑料工业中
43、的、塑料工业中的SiO2填料和石油裂解催化剂的填料和石油裂解催化剂的起始物起始物,也用于合成分子筛和硅胶。也用于合成分子筛和硅胶。+H2O(l)+OH-(aq)+2 NH4+(aq)+2 NH3(g)+2 H3O+(aq)+2 H2O(l)3 性质性质(xngzh)第41页/共46页第四十一页，共46页。2023/2/742具有分子那般大小孔径的一类结晶铝硅酸盐具有分子那般大小孔径的一类结晶铝硅酸盐.分子筛分子筛(Molecolar sieves)沸石沸石(Zeolites)的组成的组成(z chn)和结构和结构 沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶角相连的沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶
44、角相连的 SiO4和和 AlO4 四四 面体组成面体组成(z chn).通式表示为通式表示为(M+,M 2+0.5)AlO2x SiO2yH2Oz，阴，阴离子离子 骨架中的骨架中的Si/Al 比是影响沸石结构和性质的重要参数，分子筛的耐酸比是影响沸石结构和性质的重要参数，分子筛的耐酸 能力和热稳定能力和热稳定 性随此增大而升高性随此增大而升高.分子筛的功能分子筛的功能(gngnng)和用途和用途 离子交换功能离子交换功能(gngnng)吸附功能吸附功能(gngnng)分离功能分离功能(gngnng)催化功能催化功能(gngnng)附录附录(fl)(fl)：铝硅酸盐材料：铝硅酸盐材料沸石沸石Na
45、12(AlO2)12(SiO2)12zH2O 削削顶顶八八面面体体是是个个十十四四面面体体,叫叫钠钠沸沸石石笼笼(sodalite cage),是是构构成一大类沸石骨架的基础。成一大类沸石骨架的基础。第42页/共46页第四十二页，共46页。2023/2/743 一个一个(y)钠沸石笼中分别有多少钠沸石笼中分别有多少 Si 和和 Al 原子原子？“笼笼”是是个个 14 面面体体(8 个个六六边边形形面面和和 6 个个四四边边形形面面)，或或者者将将其其看看作作削削顶顶八八面面体体。八八面面体体的的 6 个个顶顶角角被被削削变变成成 6 个个四四方方形形，原原来来的的 8 个个三三角角形形面面变变
46、成成了了正正六六边边形形。14 面面体体的的顶顶点点被被 Si 原原子子和和 Al 原原子子相相间间占占据据(zhnj)，每每个个Si 原原子子和和 Al 原原子子都都处处于于由由周周围围 O 原原子子围围成成的的四四面面体体中中心心。原原子子处处于于 14 面面体体的的棱棱边边上。由此可看出有上。由此可看出有 24 个顶角，因此个顶角，因此 Si 和和 Al 原子总数为原子总数为 24。QuestionQuestionSolution第43页/共46页第四十三页，共46页。2023/2/744硅无机硅无机(wj)高分子高分子 它们几乎能以任何相象得出来的方式相结合它们几乎能以任何相象得出来的
47、方式相结合.由聚硅氧烷可以得到硅油、硅橡胶、硅树脂等多种无机高分子材料由聚硅氧烷可以得到硅油、硅橡胶、硅树脂等多种无机高分子材料.这些材料具有许多优异的性能，如高温下的稳定性、抗氧化和抗风蚀这些材料具有许多优异的性能，如高温下的稳定性、抗氧化和抗风蚀能力能力(nngl)、疏水性、起泡和稳泡能力、疏水性、起泡和稳泡能力(nngl)、绝缘性、高透气性、绝缘性、高透气性、对人体无害、物理性能几乎不随温度而变化等对人体无害、物理性能几乎不随温度而变化等.当今发展中的无机高分子材料有三大类：当今发展中的无机高分子材料有三大类：聚硅氧烷聚硅氧烷 聚磷腈聚磷腈 聚硅烷聚硅烷组成硅氧烷的基本结构单元为：组成硅氧烷的基本结构单元为：R3SiO(1/2)单功能基（单功能基（M）R3SiO(2/2)双功能基（双功能基（D）R3SiO(3/2)三功能基（三功能基（T）R3SiO(4/2)四功能基（四功能基（Q）第44页/共46页第四十四页，共46页。2023/2/745第45页/共46页第四十五页，共46页。2023/2/7刘晓瑭46感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第46页/共46页第四十六页，共46页。