硅和硅酸盐工业

1、 硅和硅酸盐工业王振山第一节碳族元素 A族CSiGeSnPb周期23456原子 序数(10-4)=6(18-4)=14(36-4)=32(54-4)=50(86-4)=82原子结构示意图C +6 2 4Si +14 2 8 4Ge +32 2 8 18 4Sn +50 2 8 18 18 4Pb +82 2 8 18 32 18 4相同点：原子最外层电子数为4；不同点：核电荷数、电子层数、原子半径依次增大。主要化合价+2， +4， -4+2， +4+2， +4+2， +4+2， +4元素性 质变化 推断核对最外层电子的引力逐渐减弱；原子得电子能力依次减弱，失电子能力依次增强；元素的非金属性逐渐

2、减弱，金属性逐渐增强。单质CSiGeSnPb颜色状态金刚石：无色透明晶体 石墨：灰黑色固体晶体硅：灰黑色固体，有金属光泽银灰色固体银白色固体蓝白色固体密度 /g cm-3金刚石：3.51石墨：2.252.32 2.345.357.28 11.34 ， 仅低于 Hg 和 Au增大熔点 /33503652 3697 升华1410937.4231.9易熔327.5易熔降低沸点 /482748272355283022601740降低硬度（莫氏）金刚石：10，最硬石墨：1 ，软7.06.251.5 1.8 软1.5软 指甲能刻痕导电性金刚石：不导电石墨：导电半导体导电分类非金属准金属（或称类金属、半金属

3、）金属Si 的非金属性金属性，Ge 的非金属性金属性。密度 /g cm-3：Hg，13.546；Au， 19.32。普通焊锡：67%Sn、33%Pb，熔点：180；（ 2590%Sn、 7510%Pb，熔点：220280。）焊锡在250 450熔化。伍德合金（保险丝）： 38 50%Bi 、 25 31%Pb， 12.5 15%Sn、 12.5 16%Cd，熔点：60 70。保险丝：50%Bi ， 25%Pb， 12.5%Sn， 12.5%Cd，熔点70。由 Sn、 Bi 、 Pb、 Cd 组成的易熔合金，用于自动灭火设备，蒸汽锅炉的安全装置，熔点低于 232。铅中加入锑，使硬度增加，用来制造

4、子弹和轴承（枪弹头： （Sb）=12%的Pb 合金） 。、碳族元素的成键特征和稳定价态、 A 族位于主族元素的中间位置，容易形成共价化合物。、C、 Si、 Ge、 Sn 元素的 +4 价化合物是稳定的，+2 价化合物有较强的还原性；Pb 的 +2价化合物是稳定的，其+4 价化合物有较强的氧化性。二、硅地壳里 （Si）=26.30% ， 仅次于氧 （O）=48.60% ， 居第二位。Si 在自然界中，没有游离态。、物理性质（略）（晶体硅的结构与金刚石的晶体结构相似，属于原子晶体。）、化学性质：Si 跟 O、 F 有很强的亲合力。物质 比较SiO2(s)CO2(g)SiF4(g)CF4(g)SiC

5、l4(l)CCl4(l)SO2(g)SF6(g)fH m/kJ mol-1-859.39-393.51-1548.08-679.90-640.15-139.49296.06-1096.21fGm/kJ mol-1-805.00-394.38-1506.24-635.13-572.9-68.74-300.37-991.61、常温下,硅不活泼;除 F2、 HF 酸、 HF+HNO 3的混合酸和强碱溶液外,不跟其他物质反应。、Si（s）+2F2（g）=SiF4（g）； rHm =-1548.08kJ/mol ，键能：衡量化学键的强度。键能是指解离化学键所需要的能量。一般规定在298.15K 和100

6、kPa 条件下，拆开1mol 化学键所需要的能量称为键能EB，单位是kJmol-1。例 如 ： H2(g) 2H(g) ； DHm (H- H)=EB(H- H)=436kJ mol-1， 式 中 ， 下 标 D 表 示 解 离disassociate） ； H 表示标准焓变，DHm 表示 键解焓 ；下标 B 表示键（bond） ；下标 m表示单位物质的量键（mol ） 。化学键Si FSi OSi CSi SiSi HH HC CC O键能 / kJ m ol -1565452318222318432345.6357.7、 Si+2NaOH+H 2O=Na 2SiO3+2H 2(在热、浓的强

7、碱溶液中，反应迅速。 )Si+6OH-SiO32-+3H2O+4e-+)4H2O+4e-4OH-+2H 2Si+4H2O+2OH- SiO32-+2H2 +3H2O4e2-Si+2OH -+4H2O=SiO23- +2H2 +3H2O还原剂氧化剂、 Si+4HF=SiF 4 +2H 2，2HF+SiF 4=H2SiF6， 3Si+4HNO 3+12HF=3SiF 4 +4NO +8H2O、高温下，能跟O2、 Cl2等反应 TOC o 1-5 h z Si（s）+O2（g）=SiO2（s）； rHm =-859.39kJ/mol ， Si+O2SiO2（这里的高温是指9501160。低于900

8、Si 和 O2不反应。温度越高，反应速率越大。加热时，研细的Si 能在氧气中燃烧。Si 晶体结构，只有打断Si Si 键，才能反应。）对比反应C（s）+O 2（g）=CO 2（g）； rH m =-393.51kJ/mol 。Si+3FeOFeSiO3+2Fe（硅铁在炼钢时作脱氧剂），电炉3Si+2N 2Si3N 4 （ 这 里 的 高 温 是 指 1300 1400 ） 。2000，Si+2Cl 2 SiCl4， （ SiCl 4+2H 2Si+4HCl ） ，Si+2H 2SiH 4 SiH4不稳定，SiH4 500 Si（多晶硅）+2H 2， SiH4+2O2=SiO2（粉状，“白炭黑”

9、） +2H 2O。 制取 SiH 4采用用间接法，具体反应下面叙述。C（s， 赤热 ）+H 2O（g）CO（g）+ H2（g）， Si（s， 赤热 ）+2H2O（g）SiO2（s）+2H2（g），（晶体硅的结构同金刚石，O2、 H2O 仅和Si 发生微弱反应，可能是形成几个原子厚度SiO2之故。 ）、工业制法、制取粗硅高温高温SiO2（石英砂）+2C（焦炭）Si（粗硅 ）+2CO SiO2+3C（过量）SiC+2CO 电炉，电炉。粗硅的纯度 （Si）=96 97%。、制取高纯硅（粗硅经提纯后，制得高纯硅，作半导体材料。）、首先用间接法制取SiH 4：Mg 2Si+4HCl=SiH 4 +2Mg

10、Cl 2， SiCl 4+LiAlH 4=SiH 4 +LiCl+AlCl 3。然后 SiH 4 500 Si（多晶硅）+2H 2。、 SiCl 4还原法450550、制取SiCl 4： Si（粗硅）+2Cl 2SiCl4，电炉， Mo 丝、 SiCl4用 Na 或 Mg、 H2还原制得纯硅：例如， SiCl4+2H2Si（纯）+4HCl 、经过区域熔融，得到高纯硅（杂质含量在10-9 10-10，甚至10-12） 。、硅的用途、半导体材料（用于硅整流器、晶体管、集成电路、太阳能电池中的硅电池）、制造硅合金硅钢： （Si）=4% 的（具有良好导磁性）作变压器铁芯， （Si）=15%的作耐酸设备

11、、 制造金刚砂SiC纯品是无色晶体， =3.06 3.20g cm-3， 摩氏硬度约9.2， 熔点2450，2700左右升华同时分解，工作温度范围1450 1500甚至可达1700， 。 黑碳化硅 （SiC） 95%用作铸铁和非金属材料的磨料；绿碳化硅 （SiC） 97%用于制造磨硬质合金的工具，火箭喷嘴、热电偶套管、核燃料的包装材料。、制作硅铁合金（FeSi2、 FeSi、 Fe3Si2等，非计量化合物），作炼钢用的脱氧剂。三、二氧化硅SiO2广泛存在于自然界，与其他矿物共同构成了岩石。石英和砂子的主要成分是SiO2。自然界自由状态的硅氧四面体二氧化硅（硅石）占地壳的 12%，分为晶体和无定

12、形两大类。、结构：原子晶体（立体网状），硅氧四面体。、物理性质、晶体、石英：密度，2.65 2.66g cm -3；硬度，7。折光率n=1.544 1.553，双折射率0.008。在1600熔融变成黏稠液体（内部变成无规则态），冷却时因粘度大不能再结晶，而成为过冷液体石英玻璃。熔点：1670（鳞石英）、 1710（方石英），沸点：2230。石英玻璃能透过紫外线，作水银石英灯和其他光学仪器。石英玻璃的热膨胀系数小，因而用于制作耐高温的仪器，如石英坩锅。制造光导纤维、石英钟表、 水晶 （大而透明的棱柱状石英）： 利用其 “压电效应”， 可制作电子工业中的重要部件（计算机、电视、钟表、无线电收发、超

13、声技术、全息照相术）在古代，人们称之为“水精”，即水的精华，还称之为“水玉”、 “”白附、 “玉晶” 、 “千年冰”、 “菩萨石”、 “放光石”等。压电材料是实现电能和机械能相互转换的材料。石英钟表：石英片取代钟表中的摆和游丝。水晶还用于制作光学仪器、精密仪器的轴承、耐磨器皿、眼镜片、工艺品、玛瑙：是含有有色杂质的石英晶体（含有不同颜色和形状的条带，红Fe2O3，黑C，白 MgO、 CaO，绿NiO，褐MnO 2。 ） ，呈环带状的玉髓叫做玛瑙；血红色的称作鸡血石。用于制造精密仪器的轴承、耐磨器皿和装饰品等。、无定形体：、硅藻土：多孔、质轻、松软的固体物质，其表面积大、吸附能力强。可作吸附剂、

14、催化剂的载体、保温材料、隔热材料。、人造无定形SiO2粉末，作橡胶、塑料中的填料，俗称“白炭黑 ”。水晶的矿床成因：、内生作用：能量来自地球内部放射性元素衰变能、地幔及岩浆的热能、地球重力场中物质调节过程中所释放出来的位能等。、晶洞伟晶岩 型： （伟晶岩：矿物结晶颗粒粗大、具有特征内部构造的地质体）黄晶、墨晶、紫晶、烟晶。、热液型（深成型）：紫晶、黄晶。、火山热液型：紫晶。、外生作用：（太阳能、水、生物等作用）、风化型：黄晶、紫晶。水晶黄晶紫晶墨晶烟晶发晶水胆水晶无色黄橘红色紫紫红色（玫瑰色）颜色不均黑褐色烟色黄 水晶中含有细小的头发状、 色烟褐色 状角闪石、 （红褐色） 物包裹体。纤维电气石

15、、金红石等矿含有大的 气液包体辰石11 月生色，珍贵、高雅。2 月生辰石玫瑰罕见珍贵的观赏物水晶 自色 ：无色，当含有细小气液包裹体时，呈乳白色，透明度差。它色 ：无色水晶经60Co 照射可变成茶晶。假色：因干涉、衍射、漫射而引起。断口：贝壳状断口（椭圆形光滑曲面，并具同心圆纹）。有裂缝时呈油脂光泽（入射光从内部反射）；水晶具有玻璃光泽（反射率R=4% 10%） 。、化学性质、SiO2是酸性氧化物，对应的水合物是H2SiO3，亦即H2SiO3的酸酐。、SiO2+H2O不反应；、SiO2+CaOCaSiO 3；、SiO2+2NaOH=Na 2SiO3+H2O（生成的Na2SiO3水溶液具有黏性，

16、俗称“水玻璃”。盛碱溶液的试剂瓶，用橡胶塞而不用玻璃塞。） 碱腐蚀玻璃。、与Na2CO 3、 CaCO 3、 Na2SO4、 KNO 3 的反应SiO2+CaCO 3CaSiO 3+CO 2 ， SiO2+2KNO 3K2SiO3+NO2 +NO +O2高温熔融高温熔融SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2 ， SiO2+Na2SO4Na2SiO3+SO3 ，、高温下，SiO2被 C、 Mg、 Al 还原SiO2+2CSi+2CO ， SiO2+3CSiC+2CO ； SiO2+2MgSi+2MgO ， 同时有副反应 2Mg+SiMg 2Si， Mg 2Si+4H 2O=SiH 4 +2

17、Mg(OH) 2；3SiO2+4Al3Si+2Al2O3； rHm =-761kJ/mol 。、和氢氟酸反应SiO2+4HF（g）=SiF 4（g）+2H 2O， 3SiO2+6HF（aq）=H 2SiF6（氟硅酸）+2H 2O（实际应用SiO2+2CaF2+2H 2SO4（浓 ）SiF4 +2CaSO4+2H 2O）（ （HF）=40% 的氢氟酸用于刻饰玻璃；在实验室里不能用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸，应该使用塑料瓶。）氢氟酸可经皮肤、肌肉而侵入骨骼，形成钙的氟化物，从而使骨骼松散。HF 侵入皮肤后，产生剧烈疼痛，难以治疗。严重时，需施行切除手术。四、硅酸、硅酸盐、硅酸、 性质： 硅酸是一种不溶水

18、的二元弱酸，Ka =4.2 10-10， Ka =1 10-12， 酸性比碳酸还弱，不能使指示剂变色，不稳定。硅酸是复杂的白色固体，通常用H2SiO 3表示。Na2SiO3+2HCl+H 2O=H 2SiO4（正硅酸，白色胶凝状沉淀） +2NaCl正硅酸不稳定，（在干空气中失水）H2SiO4=H2SiO3（白色粉末）+H2O； H2SiO3SiO2+H2O它跟碱反应生成硅酸钠，当溶液的pH 14时，以SiO32-形式存在；当pH=10.9 13.5时，主要以Si2O52-形式存在；当溶液的pH 10.9时，缩合成较大的多酸根离子；pH 再低，则以硅酸凝胶形式析出，pH=5.8 时胶凝速率最快。

19、单分子硅酸H2SiO 4可溶于水（溶解度较小） 。 正硅酸分子间脱水，逐渐缩合聚合聚硅酸（ 硅酸溶胶）进一步脱水缩聚透明而有弹性的胶冻状物（ 硅酸凝胶） ，立体网状烘干、脱水，成为多孔物质（硅胶 ）烘干前，用 CoCl2溶液浸泡。硅胶 （硅酸干胶的简称） ，干燥时为蓝色，随着吸水量增加，蓝色紫红色最后为粉红色。-6H 2OCoCl26H2O（粉红色）CoCl 2（蓝色）+6H 2O+6H 2O硅胶用作干燥剂（在精密仪器和电器、精美食品及衣物等的包装中），吸附剂（对极性物质有较强的吸附作用）以及催化剂的载体。硅酸溶胶用于羊毛纺织品的经（纱）线上浆的胶剂，可减少羊毛纤维的断失率。SiO2H2O，

20、H2SiO3（硅酸）；SiO22H2O， H4SiO 4（正硅酸，原硅酸）；2SiO2H2O， H2Si2O5（二偏硅酸）； 2SiO23H2O， H6Si2O7（焦硅酸）；3SiO23H2O， H6Si3O9（三聚偏硅酸，环状）； 3SiO 24H 2O， H8Si3O10（三硅酸）；带的，表示具有一定稳定性并能独立存在的硅酸。、制法：可溶性硅酸盐的水溶液，加入盐酸、氯化铵或通入二氧化碳。Na2SiO3+2HCl+H 2O=H 2SiO4（白色胶凝状沉淀） +2NaCl ， H2SiO4=H2SiO3 +H2ONa2SiO3+CO 2+2H 2O=H 2SiO3 +Na2CO3Na2SiO3

21、+2H2O+2CO 2=H2SiO3 +2NaHCO 3Na2SiO3+2NH 4Cl=H 2SiO3 +2NaCl+2NH 3，、硅酸盐（种类多，结构复杂。）、定义：硅酸、正硅酸和由它们缩水而成的各种酸所对应的盐，统称为硅酸盐。、可溶性硅酸盐（常见的有Na2SiO3、 K2SiO3。 ） Na2SiO3俗称“水玻璃”、 “泡花碱”。Na2SiO3即 Na2O nSiO 2。 n（SiO 2）与 n（Na2O）之比称为模数比。模数比3的是中性水玻璃，模数比3 的是碱性水玻璃。、制法：湿法，SiO2+2NaOHNa2SiO3+H 2O；高温熔融干法，温度：1300 1500；SiO2（石英粉）+

22、Na2CO3Na2SiO3+CO 2、性质：、水解反应：硅酸钠水解使溶液呈强碱性，水解产物为二硅酸盐或多硅酸盐。Na2SiO3+2H2ONaH 3SiO4+NaOH ， 2NaH3SiO4Na2H4Si2O7+H2O或 2Na2SiO3+H2ONa2Si2O5+2NaOH、跟酸反应SiO23- +2H +H2O=H 4SiO4， SiO32- +2H 2O+CO 2=H4SiO4 +CO32- ，SiO23- +3H 2O+2CO 2=H4SiO4 +2HCO -3 ， SiO32- +H2O+2NH 4+=H 4SiO4 +2NH 3，或者，SiO32- +2H+=H2SiO3，SiO32-

23、 +H2O+CO 2=H2SiO3 +CO32- ，SiO23- +2H 2O+2CO 2=H2SiO3 +2HCO -3 ， SiO23- +2NH 4+=H2SiO3 +2NH 3。、用途：水玻璃是无色粘稠的液体，是一 种矿物胶；既不能燃烧、又不受腐蚀。是一种常用的 无机粘结剂，也是 防腐剂 、 防火剂 。实验：在硅酸钠溶液中浸过的布条不燃。、建筑工程中使用的气硬性胶凝材料Na2SiO3+2H2O+2CO 2=H2SiO3 +2NaHCO 3在这里H2SiO3是各种形式硅酸的代表，发生脱水、缩聚等一系列过程，因此，硬化过程较缓慢 。、铸造工艺中，用水玻璃作型砂的粘结剂，以制作铸造用的砂型，

24、此时用NH4Cl 作水玻璃的硬化剂。、用水玻璃与CaCO3或 MgCO 3粉混合，用来粘合、修补陶瓷、玻璃等。它硬化快、且硬化后呈白色，如果粘合时烧一下，粘结强度很高，特别适合于陶瓷部件的粘结或陶瓷的修补。、水玻璃用来粘合碎云母片，作电热器的耐热云母板。、由于水玻璃是靠脱水而发挥粘合效力的，所以，对易吸水的多孔物质，如纸、织物、木材、陶瓷、砖瓦、水泥等都有良好的粘结效果。常用于纸张上浆、蛋类的保护、木材和织物的防火处理，以及硬纸板盒、砂皮的制造。、 用水玻璃溶液与CaCl2溶液同时或交替灌入地基中，填充基土颗粒空隙并将其胶结成整体，加固地基，提高承载力和抗渗性。用水玻璃掺入水泥砂浆或混凝土，使

25、水泥速凝，可用于堵漏。、肥皂的填料、水的软化剂、除垢剂、洗涤剂助剂用 中性水玻璃作肥皂的填料：A. 缓冲肥皂水解后产生的烧碱，起降低游离碱(NaOH)作用，因而对织物的损伤小；B.能延迟脂肪酸的氧化酸败、变色，因而起抗氧化剂作用。水玻璃作洗涤剂的助剂，提高洗涤剂的去污能力。其原理是：降低洗涤剂的临界浓度，可以在低浓度下充分发挥去污效能。助剂在碱性条件下可增进洗涤剂去污效果。无机助剂有碳酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、硅酸钠或硫化钠。有机助剂有羧甲基纤维素或甲基纤维素。、不溶性的硅酸盐：除碱金属以外其他金属的硅酸盐，天然存在的硅酸盐，都是不溶性的硅酸盐。硅酸盐是构成地壳和矿物的主要成分，但其组成比较

26、复杂，一般以氧化物形成表示。表示硅酸盐组成的方法：一般以 “金属氧化物 二氧化硅”形式来表示。例如， 硅酸钠Na2SiO3为 Na2O SiO2。、硅酸结构的共同特点、 基本结构单元是SiO4硅氧四面体， n(Si) n(O)=1 4，化学式为SiO44- 。例如，单个硅酸根SiO44- ，镁橄榄石Mg2SiO4( 2MgO SiO2) 。、 2 个 SiO4以角氧相连， n(Si) n(O)=1 (3+1 0.5)=1 3.5，化学式为Si2O76- 。例，钪硅石，Sc2Si2O7，( Sc2O32SiO2) ； 硅铅矿Pb3Si2O7(， 3PbO 2SiO2) ； 异极矿Zn4Si2O7

27、(OH) 2 H2O( 4ZnO 2SiO22H2O) 。、SiO4以2 个角氧分别和其他2 个 SiO4相连成长链状 或 环状结构， n(Si) n(O)=1 (2+2 0.5)=1 3，化学式为SiO23-。例如，长链状，石棉 ：在平行链状SiO 3n2n- 间排列着Ca2+、Mg2+离子，CaMg3(SiO3)4，( CaO 3MgO 4SiO2) ； 又如 6个 SiO4成环状，Si6O1182- ， 绿宝石 (绿柱石，翡翠绿)Be3Al2Si6O18( 3BeO Al 2O36SiO2) 。、SiO 4以角氧相连成双链，化学式为Si4O116nn- 。例，透闪石：Ca2Mg5Si4O

28、112(OH)2，( 2CaO 5MgO 8SiO2H2O) 。、SiO4以3 个角氧分和其他3 个 SiO4相连成层状结构(平面网状)，化学式为Si2O5n2n- 。例，金云母：KMg 3AlSi 3O10(OH) 2， ( K2O 6MgO Al2O36SiO22H2O) ；白云母(六元环，层状 ) ： KAl 2AlSi 3O10(OH) 2 ， (K2O 3Al 2O36SiO22H2O )； 滑 石Mg3Si4O10(OH) 2 ，( 3MgO 4SiO2H2O) 。、每个SiO4以 4 个角氧分别和其他4 个 SiO4相连成骨架结构，化学式为SiO2。例如，石英； 又如， 沸石含有

29、组成为(Al,Si) nO2n的骨架结构，如菱沸石，(Ca,Na2)(Al,Si 2)2O126H2O。钠斜长石：NaAlSi 3O8，为Na2O Al2O36SiO2；正(钾)长石：KAlSi 3O8也可写作K2Al 2Si6O16，为K2O Al 2O36SiO2；钙长石：CaAl 2Si2O8， (CaOAl2O32SiO2)。天然钠沸石： Na2Al 2Si3O10 2H2O， ( Na2OAl2O33SiO22H2O) 。粘土：高岭石(高岭土，瓷土；) Al2(Si2O5)(OH)4为 Al2O32SiO22H2O(粘土的主要成分)；、链之间、片之间是以离子键结合，比Si O 间的共

30、价键结合要弱，所以链间(如石棉)、层间(如云母)容易撕开。、 Al 形成 AlO 4四面体，Al 代替部分Si 而形成铝硅酸盐。Al 代替 Si 时，酸根的负电荷增多，需要相应的阳离子电荷与之平衡。三硅酸镁(Mg2Si3O8nH2O)被用来治疗胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后中和胃酸作用持久。第二节硅酸盐工业简介概念： 以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业叫硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业都属于硅酸盐工业。特点： TOC o 1-5 h z 、原料：均为含硅固体物质(水泥工业用的粘土，玻璃工业用的石英)。、反应条件：高温。、反应原理：复杂的物理、化学变化。、产品的主

31、要成分：硅酸盐。传统的 无机非金属材料 硅酸盐 材料 ， 包括： 水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料等四大类，以及 搪瓷 、 砖瓦 等。一、水泥水泥是一种粉状 矿物质的胶凝材料 ，与水拌和 后能在空气中 或水中 逐渐硬化 。、普通硅酸盐水泥(制造和使用最多的水泥类型。)由硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏(3 6.5%) ，磨细而成的水硬性胶凝材料，叫做硅酸盐水泥。性能 ：水泥具有水硬性。(无论在水中还是在空气中均能硬化，不可逆过程。)原料 ：石灰石(80 90% ) 、粘土(10 15%) 、辅助原料(如铁矿粉1 2%) 。普通水泥(熟料)的成分：硅酸三钙3CaO SiO2，硅酸二钙2CaO SiO2，铝

32、酸三钙3CaO Al2O3，铁铝酸四钙4CaO Al2O3Fe2O3生产过程：原料混合、研磨生料煅烧(水泥回转窑煅烧， 1450)块状熟料加入适量石膏，磨成细粉成品：水泥 。 (加入石膏，可以延缓水泥的硬化速度。)水泥的水化、凝结与硬化。有关词语：混凝土，广义：混凝土是由胶凝材料和埋在其中的骨料粒子或碎片所组成的复合材料。水泥砂浆（水泥、沙子、水的混合物），在建筑上作黏合剂，能把砖、石等物粘结起来。混凝土 （又称“砼”t ng） ， 水泥、沙子、碎石（石子）、水的混合物。水泥与水组成水泥浆。 水泥浆填充在沙子空隙间并将沙子包裹起来， 形成水泥砂浆。 水泥砂浆填充在碎石空隙间，并包裹碎石成为混凝

33、土。 TOC o 1-5 h z 钢筋混凝土（用钢筋作骨架的混凝土，也叫做钢骨混凝土、钢骨水泥。）建筑上有“钢砼结构”、 “ 砖混结构”。白水泥 ：普通水泥呈灰褐色是因为含有少量Fe2O3。若在生成过程中尽量除去Fe2O3，就得到近乎白色的白水泥。白水泥可用作彩色水泥的基料。（彩色水泥，参阅复印资料2003年 4 期P46）水泥 是 胶凝材料，沙子是 细骨料，碎石是 粗骨料。普通水泥熟料物相组成硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙游离石灰游离氧化镁化学式3CaO SiO22CaO SiO23CaO Al 2 O34CaO Al2O3Fe2O3CaOMgO缩写C3SC2SC3AC 4AFCM质量分

34、数/%44 62(45 65)18 30 (10)5 12(6 15)10 18(5 10)凝结硬化速率快慢（稳定）最快慢大量时过 慢，少量 时无问题极慢强度高早期低，后期高增长快， 但不高低水化热大小最大中抗侵蚀中最好差好干缩引起裂纹中中大小大量时引 起裂纹大量时引起 裂纹主要成分随原料加入的次要成分化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO2-TiO 2、 Na2O、 K2O、 SO4质量分数/%21 235 73 564 685、生料的煅烧、CaCO 3CaO+CO 2、CaO 与粘土中的SiO2、 Al 2O3、 Fe2O3反应，生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。、硅酸三钙

35、（3CaO SiO2，简写作C3S） ，赋予硅酸盐水泥以令人满意的特性，如快速硬化和高强度等。煅烧时，应尽可能多地形成C3S。为此，要调整原料配比，在C3S 容易稳定形成的温度下1450 （ 12502070）烧结。、硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化、水化过程：硅酸盐水泥与水拌和后，水泥中各矿物成分与水作用， 生成新的水化产物、并放出热量的过程。、水解：3CaO SiO2+2H 2O 2CaO SiO2H2O+Ca（OH） 2，2（3CaO SiO2）+6H 2O3CaO 2SiO23H2O+3Ca（OH） 2，2（2CaO SiO 2）+4H 2O 3CaO 2SiO 2 3H 2O+Ca（OH

36、） 2;、水化：2CaO SiO2+H2O2CaO SiO2H2O，3CaO Al 2O 3+6H 2O 3CaO Al2O36H 2O，4CaO Al2O3Fe2O3+7H2O3CaO Al2O36H2O+CaO Fe2O3H2O、化合及水化：3CaO Al 2O 3 +Ca（OH） 2+12H2O4CaO Al2O313H2O，3CaO Al 2O 3+Ca（OH） 2+18H2O4CaO Al2O319H2O，4CaO Al2O3Fe2O3+4Ca（OH） 2+22H 2O4CaO Al2O313H2O+4CaO Fe2O313H2O，3CaO Al2O3+3CaSO4+32H2O3Ca

37、O Al2O33CaSO432H2O（钙铝矾晶体）2（3CaO Al 2O 3）+3CaO Al 2O3 3CaSO 432H 2O+4H 2O3（3CaOAl2O3CaSO412H2O）（硫酸盐）、凝结与硬化过程（固化过程）水泥加水拌成水泥浆后逐渐变稠，失去塑性，但尚无强度，这一过程称为水泥的凝结。随后，水泥的强度逐渐提高，变成坚硬如石的物体，这一过程称为水泥的硬化。水泥的凝结、硬化是一个连续的、复杂的物理化学过程。即在水化的同时，发生一系列的物理变化。大体分为三个阶段：第一阶段：胶溶期。水泥颗粒表面层发生水化反应，水化产物浓度迅速增加，达到饱和状态时，部分水化产物以胶体粒子或小晶体析出，形

38、成胶体体系保持流动性。水化产物Ca（OH）2 由饱和溶液到形成胶体的同时，引起水合硅酸钙和水合铝酸钙凝成凝胶，这时水泥具有可塑性。第二阶段：凝结期。水化作用由水泥颗粒的表面向内部发展，胶体粒子大量增加，粒子间开始相互凝结，逐渐絮凝成凝胶结构（立体网状），失去流动性。第三阶段：硬化期。水化作用向粒子的深部发展，大量晶体出现并相互联结，使胶体紧密结构强度明显增加，逐渐硬化成微晶结构的水泥石固体。简单地说，硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化过程可看作由三个步骤组成：、水泥颗粒的表面层和水发生反应，生成水化硅酸二钙和氢氧化钙：3CaO SiO2+（n+1）H 2O 2CaO SiO2nH2O+Ca（OH）

39、2、 固态的氢氧化钙从水泥糊状物和Ca（OH） 2的饱和溶液中以非晶态物质析出，把水泥颗粒包围起来，并结合成块状水泥凝结。、氢氧化钙的粒子合并增大，并转变成针状结晶。它深入到水化硅酸钙的非晶体中，连成一体，增加了水泥的机械强度。温度对水泥凝结硬化影响很大，温度高时水泥水化速率快，凝结硬化也快。采取蒸汽养护是加速凝结硬化的方法之一。温度低时。凝结硬化变慢。温度低于0，硬化完全停止，低于-3时，水泥中的水因结冰而体积膨胀，会使水泥建筑构件冻裂破坏。所以冬季建筑施工时必须采取保暖防冻措施。（参阅化学原理及应用基础第四册P117-118 施宪法 编，高等教育出版社）、水泥的标号一般用水泥标号作为水泥强

40、度的等级划分标准。用水泥 28d 龄期的抗压强度指标来表示水泥标号。例如，425 号水泥，指28d 的抗压强度在425 524 公斤力/厘米2 之间（42.5 52.4MPa） 。、水泥的分类：按用途和性能分为：通用水泥（土木建筑工程），专用水泥（油井水泥、大坝水泥），特种水泥（快硬硅酸盐水泥、膨胀硫酸盐水泥）。二、玻璃（是一种由熔融体经冷却、固化而成的无机非晶态固体。 ）、普通玻璃（又称钠玻璃或钠钙玻璃）属于硅酸盐玻璃。SiO 2) 。、 主要原料：纯碱（Na2CO3） 、石灰石（CaCO3） 、石英砂（细砂，石英砂 （细砂） ： SiO2占 99.5%以上，杂质中Al2O3最多，控制0.5

41、%在以下；其次是CaO、MgO、 Fe2O3。、 原理 ： SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2 ， SiO2+CaCO 3CaSiO3+CO 2、 普通玻璃的组成：Na2SiO3、 CaSiO3、 SiO2 熔合在一起而形成在玻璃态物质（或者Na2O CaO 6SiO2）组成SiO2CaOMgONa2O (X)/%71 747 1113 16助熔、易澄清、降低粘度助熔、增粘度、降低热膨胀系数提高热稳定性，改善成型性。助熔熔点：K2SiO3， 976；Na2SiO3， 1088；CaSiO3， 1540。、 普通玻璃的性质：、无固定熔点，可在某一稳定范围内软化；、硬而脆；、良好的绝缘体

42、和介电体；、透光性；、普通玻璃耐水、耐酸，不耐碱，在潮湿的大气中被缓慢侵蚀。、 生产过程：熔融反应（高温：14501650）澄清成型缓慢冷却。设备：玻璃窑。、其他品种玻璃简介、石英玻璃 （SiO2） 99.5% ：石英坩锅、燃烧管等化学仪器，高压汞灯、紫外灯的灯壳，压电晶体，光导纤维、高硼硅酸盐玻璃（硬质玻璃）：烧杯、烧瓶、硬质试管、注射器、钾玻璃（钾钙玻璃）：滴定管、移液管、光学玻璃高铝玻璃，中性玻璃，水晶玻璃，有色玻璃，钢化玻璃，玻璃纤维，特种玻璃三、陶瓷、按坯体致密度的不同来分类土器（粗陶器）：砖、瓦、瓦盆、瓦罐、粗陶管陶器陶器 （精陶器）：有铀：铀面砖、美术陶瓷、日用精陶无铀：炻 （

43、sh） 器 ：（半瓷质）粗炻器：水缸、砂锅细炻器：宜兴紫砂器瓷器 ：第三节新型无机非金属材料现代文明社会的三大支柱：能源、信息和材料。能源是社会存在与运动的基础。 材料是一切科学技术的物质基础，是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的一个重要里程碑。信息向人类奉献知识和智慧。* 材料的分类按化学组成和特性分类按材料的使用性能分类金属基复合材料 树脂基复合材料 陶瓷基复合材料 碳基复合材料合成高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。手表上的“19 钻”（人造红宝石轴承的数目）。电脑的CPU （单晶硅）。海底电缆（光导纤维）。耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。在高温、强腐蚀、冲刷和摩