第五章++无机化合物合成实例

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1、第五章材料合成的方法与设计5.1氧化物材料的合成氧化硅石英：三方晶系，常成六方柱和六方双锥形晶体，并成晶簇和晶洞。透明、半透明或不透明。无解理、贝壳断口。晶面有玻璃光泽。断口是类似脂肪光泽的玻璃光泽。作填充剂用的一般是石英粉。硅石：硅石，呈白色或无色，热、耐化学品性能很好，热膨胀系数低电绝缘性能好。在573℃以下，SiO2的稳定晶型为-石英，加热至573℃转变为高温型的-石英，这种转变较快；冷却时在同一温度下以同样的速度发生逆转变。如果加热速度过快，则-石英过热而在1600℃时熔融。如果加热速度很慢，则在

2、870℃转变为－鳞石英。-鳞石英在加热到1670℃时熔融。当缓慢冷却时，在870℃仍可逆地变为-石英；当迅速冷却时，在163℃转变为介稳态的-鳞石英，在120℃转变为介稳态的-鳞石英。加热时-鳞石英仍在原转变温度先后转变为-鳞石英和-鳞石英。-鳞石英缓慢加热，在1470℃变为-方石英，继续加热到1713℃熔融。当缓慢冷却时，在1470℃时可逆地转变为-鳞石英；当迅速冷却时，在230℃转变为介稳状态的-方石英；当加热-方石英仍在230℃迅速转变为稳定状态的-方石英。熔融状态的SiO2粘

3、度很大，冷却时往往成为过冷的液相－石英玻璃。虽然它是介稳态，由于粘度很大在常温下可以长期不变。如果在1000℃以上持久加热，也会产生析晶。熔融状态的SiO2，只有极其缓慢的冷却，才会在1713℃可逆地转变为-方石英。白炭黑(也称胶体二氧化硅)白色无定形细微粉末，折光率1.46，粒径及含水量随制法不同而异。绝缘性好，不溶于水和酸、溶于苛性碱及氢氟酸，受高温不分解，吸水性强，在空气中吸收水分后成为聚集的细粒子。是橡胶、塑料、涂料、医药、农药、造纸及日用化工诸多领域重要的无机填料白炭黑的工业化生产始于20世纪40年

4、代的美国和西欧，现有的生产方法有干法热解和湿法沉淀两大类。干法热解之一是气相法，即四氯化硅气体在氢氧气流中于高温下水解制得烟雾状二氧化硅2H2(g)+O2(g)+SiCl4(g)→SiO2+4HCl.(1)另一方法是电弧法,即石英砂在电弧炉中用焦炭还原成一氧化硅气体，然后一氧化硅在空气中氧化成二氧化硅。湿法沉淀基于水玻璃和酸性物质的相互作用。所用的酸性物质有硫酸、盐酸、硝酸、二氧化碳等。二氧化碳是典型的温室效应气体，其过量排放会使大气环流异常、气候异常而导致自然灾害。石灰窑气替代无机酸，其一减少白炭黑生产中无

5、机酸的消耗，其二使二氧化碳废气资源化利用，降低白炭黑的生产成本。以精制的工业水玻璃和模拟的石灰窑气(工业级CO2与N2按一定比例混合)为原料,在250mL玻璃碳化塔中进行实验.这是气-液-固三相反应体系，反应过程的优劣不仅与化学反应动力学有关，而且也取决于传质过程，即与反应器型式、搅动强弱、气液接触表面以及物料特性等有关。将工业水玻璃按比例用水稀释后置于碳化塔中，将CO2与N2按比例充入气囊中备用；加热水浴，升温至设定温度（85-95℃）后，通入CO2混合气体并搅拌物料，至设定的反应时间（2.5h)后停止反应

6、；最后，将反应后的浆料倒入1000mL大烧杯中，沉降后弃去上层清液，用自来水冲洗沉淀,直至弃液的pH呈中性。沉淀经真空抽滤，将所得滤饼放入烘箱中，100℃左右干燥，粉碎，得白炭黑产品。对其进行化学分析和物性测定，即得此反应条件下的白炭黑产率，平均粒径及DBP吸着率.水晶——透明的石英晶体三方晶系，晶体呈棱柱状并带六边形锥，柱面有横纹，紫水晶中常有角状色带。在自然界中，水晶常呈晶簇产出，造型美观。　　比重：2.56－2.66克/立方厘米。　　透明度标准为：光线透明过厚度为1厘米以上的水晶碎片或薄片时，可以清晰

7、地看到映出的图像。如是底像不够清楚，仅见轮廓，那是半透明。光泽，指宝石表面对光线反射的一种光学性质。观察水晶的光泽，可用手握着它，以灯光或窗户投进来的光线看表面反射。水晶折射率：1.544－1.553水晶色散：0.013色散是折射率随照明光的不同而有一定的变化。例如钻石对红光折射为2.405；对绿光为2.427；紫光为2.449。水晶熔点为1713摄氏度。其受热易碎的特性，是在实验时发现的。将水晶放在喷焰器的烈焰燃烤，除非有很好的保护，且慢慢冷却，否则晶体容易碎裂。这一脾性，古人已摸透。博物要览提醒道：“凡

8、用水晶器物，不可用热汤滚水注之，即粉裂如击破者。”水晶的用途①聚焦折射Focus古时人类已发现水晶的聚焦功能，也可把光线折射，通过水晶这特点可造出凸透镜、凹透镜等。于强大、高度平行，精密者可运用于眼科手术，巨大者可运用在如[星战计划]中摧毁来袭的飞弹等等。②储存资料Storage当有讯息通过水晶，这信息会被水晶记录下来，计算机记忆体里的芯片正是有此功能。压电上的水晶会带正、负不同的电