《化学与现代社会》PPT课件

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1、第四讲化学与材料进入21世纪，人们普遍认为能源、材料与信息并列为现代科技的三大支柱。可见材料对推动科学技术的发展极为重要。材料的化学分类：1、金属材料2、无机非金属材料3、高分子材料4、纳米材料按材料服役的领域来分类:信息材料是指用于信息的探测、传输、显示、运算和处理的光电信息材料。航空航天材料包括新型金属材料、烧蚀防热材料和新型复合材料。能源材料是指能源工业和能源技术所使用的材料，可分为新能源材料、节能材料和储氢材料等。生物医用材料是一类合成物质或天然物质或这些物质的复合，它能作用一个系统的整体或部分，在一定时期内治疗、增强或替换机体的组织、器官或功能。按材料的

2、性能分类：可分为结构材料和功能材料。结构材料是指具有抗外场作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的的材料。功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高科技术材料。金属材料是最重要的工程材料。虽然在远古时代就已经使用金、银、汞和铅，但直到18世纪中叶，才开始对金属进行科学研究。金属元素作为元素的一大类，其原子结构特征是最外层电子数少而d电子较多。金属材料内部原子间的结合主要依靠金属键，这就是有别于其它材料的根本原因。一、金属材料1.物理性质：有光泽、密度大、熔点高、导

3、电、导热、有延展性、有磁性、热胀冷缩。2.化学性质：“金属性”是指M→Mz++Ze-（metal）（1）与氧（空气）的反应（2）金属与H2O的反应（3）金属与酸的反应（4）金属与碱的反应（5）金属间置换反应1.钛①轻、强、高、稳，无磁性，去气剂；②TiO2（金红石）、钛白粉可做白色填料。2.铬①硬度最大的金属，熔点高；耐蚀；②Cr2O3铬绿，颜料、磨料；CrO3铬酐，强氧化性，毒；③K2Cr2O7红矾钾，常用氧化剂。常用金属3.锰①硬而脆；吸气；②KMnO4常用作氧化剂。不稳定。Mn4.铜①有较高的韧性和良好的延展性；②导电性仅次于银居第二位；③导热和耐腐蚀性能好。

4、5.铝①导电性仅次于铜、银、金，但质量只有铜的一半，适合代替铜制造高压电缆；②虽是活泼金属，但表面易形成致密的氧化膜，稳定性好。合金材料1、钢铁——铁和碳的合金体系，特点是强度大、价格便宜、应用广泛，钢铁约占金属材料的总产量的90%，是世界上用量最大的金属材料。钢铁中：含碳量>2.0%，称为生铁；含碳量<0.02%，称为纯铁；含碳量<0.25%，称为低碳钢；含碳量0.25%~0.60%，称为中碳钢；含碳量>0.60%，称为高碳钢；合金是由一种金属与一种或几种其他金属、非金属融合在一起生成的具有金属特征的物质。有三种类型：机械混合物、固溶体和金属化合物。2、轻质合金—以轻金

5、属为主要成分的合金。铝合金：密度小，强度高。“硬铝”耐蚀，可用于建材、导线、食品包装等。钛合金：密度不大，强度很高，抗蚀性好，耐高、低温（-200-500℃），用于航空航天。3、硬质合金—以硬质化合物为硬质相（TiN、AlN、TiC、WC、SiC），有很高的硬度和熔点，耐磨、强度、韧性。用于制造刀具及钻头等。5、贮氢合金两种特定金属的合金:（1）可大量吸收H2的金属；（2）不吸收氢的金属制成的合金。氢可在其中“移动”。是理想的氢能源材料。4、记忆合金—具有“记忆”自己形状特性的合金。如Ti-Ni（各50%）合金，在一定温度T时发生晶形转变：菱形晶格立方晶格晶格的变化，改

6、变了材料形状。因此，只要控制温度就可以控制合金材料的形状。稀土金属稀土金属包括：Sc、Y、La、还有La系金属Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。（17种元素）1.通性（1）电子层结构IIIB:(n-1)d1ns2（Sc,Y）Ln:  (n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2（2）原子和离子半径—镧系收缩：是指Ln的原子和离子半径比过渡元素更缓慢缩小。镧系收缩的后果是：6周期的原子半径与5周期的十分相近；二、三过渡系元素性质相似而有别于一过渡系。2.应用(1)冶金工业的“维生素”应用混合稀土可大大改善合金性能：脱O、S、

7、H；氮化物细化，石墨球化；改善延展性，提高抗氧化能力、可锻性等。(2)石油化工中主要用做催化剂(3)玻璃陶瓷工业中CeO2用来脱色、抛光；Pr2O3、Nd2O3用于着色（红、绿）；La2O3高折射率、低散射的玻璃纤维；用于光学窥镜；Y2O3、Dy2O3用于激光窗、红外窗、高温炉窗；二、无机非金属材料硅酸盐结构硅酸盐是陶瓷材料的重要原料。研究发现，硅酸盐是由硅氧四面体[SiO4]为基本结构单元的各种硅氧集团组成的。其晶体结构分为：岛状硅酸盐(无共顶点)(a)：[SiO44－]，如镁橄榄石Mg2SiO4，锆英石ZrSiO4等；鼓型