非金属与非金属材料

非金属与非金属材料第一页，共三十五页，编辑于2023年，星期五如第3周期氯化物熔点依次：高——低正离子元素NaMgAlSiPS

电荷+1+2+3+4+5+6离子的半径—————依次变小离子的极化力—————依次增强Cl-被极化程度

—————依次增大氯化物键型离子键—————共价键晶型离子晶体————分子晶体熔点高————————低10⑶解释：第二页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

包括两种情况：

①热分解,如:2HgO→2Hg+O2

②

置换，如:2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe

前者可用ΔfH判断；后者可用ΔG-T

图判断。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，低温下即分解。16OF2是氟化物3氧化物的稳定性第三页，共三十五页，编辑于2023年，星期五三含氧酸及其盐盐由两部分组成：

正离子：17酸根：无氧酸根，含氧酸根，负配离子

如：Cl-S2-SO42-CO32-[Fe(CN)6]3-

此处讨论含氧酸的盐。金属离子，金属氧根，

正配离子

如：K+Cu2+SbO+TiO2+[Cu(NH3)4]2+第四页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

CO2水溶液中，含有大量CO2·H2O，少量H2CO3。

⑴H2CO3的解离：

H2CO3HCO3-H++HCO3-

KΘ1=4.3×10-7H++CO32-

KΘ2=5.2×10-11⑵盐的溶解度：

①

ⅠA（除Li+），NH4+外皆难溶。18假定溶于水中的CO2

全部转化为H2CO31碳酸及其盐第五页，共三十五页，编辑于2023年，星期五②易溶盐的酸式盐NaHCO3难溶；难溶盐的酸式盐Ca(HCO3)2易溶。⑶热稳定性：

正盐>酸式盐>酸

如：CaCO3Ca(HCO3)2H2CO3

可用热分解温度衡量碳酸盐的稳定性。如：ⅡA碳酸盐BaCO3SrCO3CaCO3MgCO3热分解温度/℃1292109884155819第六页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

热分解温度—碳酸盐分解出的p(CO2)达到101325Pa时的温度。此温度可用热力学数据计算。①无论浓稀都有氧化性，还原产物很多：N2O、NO、NO2、N2、NH4+等，决定于酸的浓度和还原剂。202硝酸（亚硝酸）及其盐

⑴HNO3

第七页，共三十五页，编辑于2023年，星期五②可钝化某些金属，如：Ti、Cr、Al、

Fe、Co、Ni；⑵硝酸盐

多不稳定

活泼金属

2NaNO3→2NaNO2+O2

Mg-Cu之间

2Pb(NO3)2→2PbO+4NO2+O2

Ag后金属

2AgNO3→2Ag+2NO2+O2其分解情况有三（视金属的活泼性）：21③王水由于HNO3的氧化能力和Cl-配合物的形成而具有很强的溶解能力。第八页，共三十五页，编辑于2023年，星期五酸性介质中，氧化性为主；

遇强氧化剂，表现还原性。3硫的含氧酸及其盐

⑴H2SO4

①

浓酸具有氧化性。还原产物多种；

②有钝化作用,如:TiAlCrFeCoNi

③

沸点(338℃)高,做热浴，制挥发酸。⑵硫酸盐

溶液无氧化性，热稳定性强。22⑶HNO2

兼具氧化还原性：第九页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

①有氧化性(因含-O-O-)EΘ=2.01V5(NH4)2S2O8+2MnSO4+8H2O—Ag+→2HMnO4+5(NH4)2SO4+7H2O

②

稳定性差，加热分解：

(NH4)2S2O8→(NH4)2SO4+SO2+O2(4)亚硫酸盐

兼具氧化、还原性。主要在碱性介质中做还原剂。23⑶过硫酸铵(NH4)2S2O8第十页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

Na2SO3+Cl2+H2O→Na2SO4+2HClNa2SO3+2KMnO4+2KOH→Na2SO4+2K2MnO4+H2O(5)Na2S2O3

常用的还原剂，用于吸氯：

S2O32-+4Cl2+5H2O→2SO42-+10H++8Cl-

用于测I2：

2S2O32-+I2→S4O62-+2I-

EΘ=0.08V24第十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

⑴

氯有四种含氧酸,皆有氧化性，

HClOHClO2HClO3HClO4

其氧化性：依次增强可见氧化性与氧化数无关。

⑵

盐：

Ca(ClO)2·CaCl2漂白粉,用于杀菌消毒;25KClO3KClO4NH4ClO4高温时皆氧化剂分解出大量气体,可用于火柴焰火炸药。4氯的含氧酸及其盐第十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

2KClO3→2KCl+3O2NH4ClO4→N2+6H2O+4HCl+5O25含氧酸盐热稳定性的规律：

酸不稳定，对应的盐亦不稳定；正盐>酸式盐>酸(同一种酸)

碱金属盐>碱土金属>过渡金属>铵

(同一酸根)高氧化值盐>低氧化值盐(同一成酸元素)（NaNO3<NaNO2例外）26如:第十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期五第三节新型无机非金属材料简介一半导体材料

1半导体导电机理——金属的能带理论

根据分子轨道理论（MO法），二相邻原子的相应原子轨道可以组成总数目相同的分子轨道。金属晶体中，原子紧密堆积，原子数目很大，可以组合成很多分子轨道。这些分子轨道间能量差很小,形成了能带。27第十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期五如，Na的3s1形成3s能带：(σ*3s)(σ3s)能量较低的σ3s能带充满电子，称满带；σ*3s能带没有电子，为空带，又称导带,在满带和导带之间有禁带。28第十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期五满带、禁带、空带之间有三种情况：①满、导带间无禁带，电子可进入导带，此即导体导电；②满、导带间禁带很宽（480kJmol-1），电子不能激发进入导带，此即绝缘体；29第十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期五③禁带宽度较窄（96-290kJmol-1）电子可在小能量下激发到导带，通常不导电。此即半导体。在半导体中，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）。30第十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期五电子→正极；

空穴→负极这就是半导体导电。其电导是电子和空穴的电导之和。2半导体种类

⑴单质半导体①本征半导体：无杂质单晶。需高能量激发电子，电子和空穴数目相等。31在电场中：第十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期五②杂质半导体：选择性地掺入杂质(单质，不化合)如：32

n型—Si、Ge中掺入As、P(多一个价电子)

称施主杂质，电子导电；p型—Si、Ge中掺入B、In(少一个价电子)

称受主杂质，空穴导电。杂质的轨道能级应处于本征半导体禁带宽度之中。第十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

许多化合物与合金具有半导体性质，以ⅢA、ⅤA--ⅡB、ⅥB的化合物为主。⑴p-n结：p型半导体和n型半导体接触，以接触电势差对交流电起整流作用，对信号起放大作用；343半导体材料的特性和用处⑵化合物半导体第二十页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

⑵以半导体的电导-温度关系做热敏电阻，用于测温；

p-n结中，半导体受光照，电子进入导带。此时，电子进入n区,空穴进入p区，35⑶太阳能电池：以半导体的电导-光照关系做光敏电阻，用于光电控制、静电复印；第二十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期五形成电势差，同时产生电子和空穴——光生伏特效应。二超导材料1超导现象及临界条件①1911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。36第二十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期五超导态时，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；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。

T>Tc，H>Hc，I>Ic超导态都被破坏，称超导体的三大邻界条件。37第二十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期五2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。1987年赵宗贤等，YBa2Cu3O7-x

(Tc=90K)1993年中-瑞合作，Hg-Ba-Cu-O

(Tc=133.5K)38第二十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期五三激光材料1激光的特点:

①光源亮度高；②方向性极强;③单色性极好.

2激光的产生:⑴

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；39第二十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期五⑵

若人为地使多数粒子处于激发态

——粒子数反转。

⑶此时，以hν入射此工作物质，激发态粒子受到激发而跃迁，辐射出的光子与入射光完全相同——受激发射。40第二十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

由于激发态粒子多而起到放大作用。受激发射所发出的光——激光。把上述过程持续下去的装置——激光器。3激光器种类⑴固体激光器：

激活离子（产生激光的离子）：

Cr3+Mn2+Co3+Ni2+Ln3+（Nd3+）；基质材料（传播激光的介质）：48第二十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

Al2O3（晶体激光器）、钕玻璃（玻璃激光器）；⑵气体激光器：原子气体激光器,如He-Ne激光器；分子气体激光器,如CO2激光器；离子气体激光器。

⑶半导体激光器，

等。42第二十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

⑴加工：打孔、切割、焊接;四光导材料皮料—低折射率的玻璃；吸收料。43

⑵通讯：方向性、发散性好，可远距离传输。1光纤的组成：芯料—高折射率，高透光度，不析晶的玻璃；4应用：第二十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

多组分玻璃光纤；复合材料光纤；石英光纤（高纯度或掺杂）。

光在芯料和皮料界面上全反射，入射光封闭在芯料内，经过无数次全反射，锯齿状传播。443.通信原理：2光纤材料：第三十页，共三十五页，编辑于2023年，星期五光缆结构图第三十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

⑴

HClO4、H2SO3、H2SO4的酸性;

⑵

Sr(OH)2、Sc(OH)3、Y(OH)3的碱性;

⑶

FeCl3、PCl3、CaCl2的水解性;

⑷

MgCO3、CaCO3、ZnCO3、(NH4)2CO3的热稳定性。45例题：比较并简单说明下列物质的有关性质：第三十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期五⑴酸性：HClO4>H2SO4>H2SO3

成酸元素氧化值高者酸性强。

⑵碱性：Sr(OH)2>Y(OH)3>Sc(OH)3元素R的极化