第六章 非金属元素与无机非金属材料

1、第五章第五章 非金属元素与无机非金属材料非金属元素与无机非金属材料 Chapter 6 Nonmetals and Inorganic Chapter 6 Nonmetals and Inorganic nonmetallic Materialsnonmetallic Materials2 原子的性质;1 外层电子构型; 如下内容请自行归纳：如下内容请自行归纳：3 氧化数；4 晶体类型：5 物理性质;6 化学性质;7 含氧酸盐。6.2 6.2 非金属元素的重要化合物非金属元素的重要化合物一、卤化物1 卤化物的晶体类型及熔沸点非金属非金属卤化物卤化物 卤化物的熔点：这种情况在第四章离子极化理论曾

2、予以说明过。氯化物氯化物NaFMgF2AlF3SiF4PF5SF6熔点熔点/C99512501040-77-94-51沸点沸点/C172022601260- -65- -85- -64熔融时导熔融时导电性电性易易易易易易不能不能不能不能不能不能卤化物卤素与比卤素电负性小的元素 组成的二元化合物。 非金属氯化物（分子型），熔点低，稳定性好。如SF6，不易燃、耐高压，是优异的气体绝缘材料。 过渡状态的氯化物，如AlCl3、SiCl4，则熔点不很高且易挥发分解。可用来在表面处理时渗铝、渗硅。 活泼金属氯化物（离子型）其熔、沸点高，稳定性好，不易热分解。如NaCl、KCl、BaCl2可作盐浴剂。氧化物

3、氧与电负性比氧小的元素组成的二元化合物。氧化物又有：正常氧化物，如：NaO 过氧化物， 如：Na2O2 超氧化物， 如：KO2此处讨论正常氧化物。 氧氧 化化 物物 氧化物及其水合物的酸碱性 R O H碱式碱式解离解离ROHRn+n+ +OH- -酸式酸式解离解离 ROH模型模型ROH由由Rn+n+、O2- -、H+ +离子组成；离子组成；ROH中中RO，OH皆为离子键；皆为离子键； ROH的解离方式决定于的解离方式决定于R- -O键的相对强键的相对强弱，即决定于弱，即决定于Rn+n+的极化力。的极化力。ROHH+ROn- 同周期： Na+ Mg2+ Al3+ Si4+ P5+ S6+ Cl7

4、+ Rn+ 电 荷 依次增大 R-O结合力 依次增强 RO对H+斥力 依次增大 ROH的酸性 依次增强 同族：上下n+同r(+)大Rn+极化力 弱R-O键 弱酸性 弱 用ROH模型说明氢氧化物酸、碱性： 热分解,如: 2HgO 2Hg+O2 可用fH判断；大多数氧化物稳定,不分解。少数不活泼金属氧化物受热会分解： 2Ag2O 4Ag+O2卤素氧化物最不稳定，低温即分解3 氧化物的稳定性 置换，如: 2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe 可用G-T 图判断。材料无机材料有机材料非金属材料金属材料高分子材料复合材料材料的分类：我们在这里讨论新型无机非金属材料新型无机非金属材料新型无机非金属材料包

5、括：超导、光导、激光、半导体材料，先看一个超导实验：一小块磁铁漂浮在高温超导体上方超导体降温先后次序不影响悬浮效果。这里，液氮使超导体处于零电阻状态。磁铁落向超导体时，按着安培定律超导体会产生感应电流，与形成的磁场产生反作用。从而使磁铁保持悬浮状态。1 超导现象及临界条件 1911年发现，Hg在4.2K附近,电阻突然消失。金属的这种特殊状态称超导态。 向超导态转变的温度叫超导临界温度Tc。超导态时，磁感应强度也为零，即具有完全的抗磁性。当磁场超过Hc时,超导态被破坏。Hc叫临界磁场。 超超 导导 材材 料料 通过超导体的电流超过Ic后，超导态也被破坏。Ic叫临界电流。 TTc，HHc，IIc

6、超导态都被破坏称超导体的三大邻界条件。2 超导材料 目前已发现30种单质，8000种金属、合金、化合物具有超导性。 但是，超导材料的临界温度都很低，难于实际应用。寻找高温超导是该领域的首要课题。1987年 赵忠贤等发现，YBa2Cu3O7-x (Tc = 90K)1993年 中-瑞合作发现，Hg-Ba-Cu-O (Tc = 133.5K)磁悬浮列车磁悬浮列车 磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具，磁悬浮列车分为超导型和常导型两大类。 上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”。 磁悬浮列车利用“同性相斥，异性相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在

7、距离轨道约1厘米处，腾空行驶。 超导磁体和轨道都在列车的下部。 激 光 材 料光源亮度高；方向性极强;单色性极好。1 激光的特点: 白炽灯泡产生的白光是不同波长、不同颜色的光合成的，向各方向放射。激光是单一颜色（单一波长）光形成的，向一个方向发射，波峰和波谷都一致2 2 激光的产生激光的产生: : 通常,物质的粒子大多处于基态,极少处于激发态。激发态粒子跃迁回基态放出热(非辐射跃迁)和光（辐射跃迁）自发辐射； 若人为地使多数粒子处于激发态粒子数反转。造成粒子数反转的物质称工作物质。 此时，以一光子入射此工作物质。受激原子能被严格与此原子自然发射时完全同色（同一波长的）的光子所“刺激”。它能使受

8、激原子立刻发射和它相同波长的光和与入射光子一致的光子受激发射。这是世界上最大的激光器，可以用来熔化很小的样品。 科学家在地面站把激光送给轨道上的一颗人造激光测距(SLR)的距离。站和人造卫星之间够精确的确定地面的测量使科学家能需时间。往返时间星到地面站往返所家记录光从人造卫卫星，人造卫星再把光线反射回地面站，科学 半导体材料半导体材料空间技术、现代电子技术、新能源技术、红外技术都离不开半导体材料的应用半导体材料是只能在一定条件下才导电 的材料。因此它不同于导体也不同于绝缘体。按金属键的能带理论，半导体是禁带窄、电子易激发的材料。以金属钠为例：Na的外层电子构型外层电子构型3s1:按分子轨道理论

9、，两个钠原子在一起可按分子轨道理论，两个钠原子在一起可以形成两个以形成两个“分子轨道分子轨道”。但是电子分布。但是电子分布如果是四个钠原子，则是：如果是四个钠原子，则是：满轨道满轨道空轨道空轨道满轨道满轨道空轨道空轨道应符合洪特规则：应符合洪特规则： 金属晶体中，原子紧密堆积，原子数目如，如，Na的的3s1形成形成3s能带：能带：子轨道间能量差很小,形成了能带。很大，可以组合成很多分子轨道。这些分8 16 32 n空带空带 满带满带能量能量 在满带和导带之间还有禁带，其宽、窄视材料而不同。导体导体 半导体半导体 绝缘体绝缘体 导体、半导体、绝缘体的区别就在于它们的禁带宽度。半导体禁带宽度9.6290kJmol-1 在半导体中，若满带中一个电子被激发到导带：则，导带中有一个负电荷（电子）， 满带中有一个正电荷（空穴）。空穴空穴电子电子满带满带导导带带在电场中：电子正极；空穴负极 在杂质半导体中又自由电子正电空穴的电导之和。其电导是电子和空穴这就是半导