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工科化學(一一):物質的化學組成與聚集形態(物質的化學組成與聚集狀態)

2.2固體

上面我們講了一些特殊的物質形態和化學組成,下面我們將從固、液、氣三種聚集形態來描述物質的化學組成,今天主講固體的相關知識。

固體:原子和原子結合態單元在常溫常壓下聚集成的固態系統

固體從原子結合方式上分為兩種

晶體:原子及其結合態單元在空間排列有序稱為晶體

非晶體:原子及其結合態單元在空間排列無序稱為非晶體

晶體和非晶體的區別在宏觀上顯示為是否有固定的熔點

2.2.1晶體

晶格:把原子或者原子結合態看成幾何學上的結點,這些結點按照一定規律排列所組成的幾何圖形稱為晶格,又叫點陣,晶格的最小單位為晶胞

單晶:能用一個空間點陣圖貫穿整個晶體。工業上用作半導體的硅絕大多數都是單晶硅

多晶:不能用一個空間點陣圖貫穿整個晶體

2.2.1.1離子晶體

離子鍵為化合物主要成鍵方式

特點:正負離子在晶格節點上交替出現,以離子鍵結合,熔點高,硬度大,較脆。

作用力:離子間作用力,與離子電量成正比,與離子間距的平方成反比,作用力越大,熔點越高

工科化學(一一):物質的化學組成與聚集形態(物質的化學組成與聚集狀態)

不同化合物的熔點比較及其原因

這也是在工程上簡單比較熔點大小的方法。帶電荷越多,離子半徑越小,其熔點越高。(只適用于離子晶體)

2.2.1.2分子晶體

晶格結點上排列著極性分子或者非極性分子,一般為非金屬,共價化合物。

特點:熔點低,硬度小,不導電,熔沸點隨分子量增加而增加(有氫鍵的例外)

mp/℃ SiF4<SiCl4<SiBr4 <SiI4

-90.2 -70 5 120.5

作用力:分子間作用力(范德華力)

分子晶體一般熔點不高于400℃

2.2.1.3原子晶體

晶格結點上排列中性原子

結合力:共價鍵

典型物質:C(金剛石),SiO2,Si,B4C等

特點:熔點高,硬度大,延展性小,導電性能大小不一

2.2.1.4金屬晶體

晶格節點上是原子或者正離子

作用力:金屬鍵,強弱與原子半徑/外層電子數有關

特點:大部分熔點較高(想一想反例都有哪些),硬度較大,良好的導電/導熱能力,延展性好

典型物質:大部分金屬Cu,Ag,Au等

2.2.1.5過渡型晶體和混合鍵型晶體

過渡型:晶格內的作用力發生變異

典型物質;FeCl2 、AlCl3

工科化學(一一):物質的化學組成與聚集形態(物質的化學組成與聚集狀態)

紅色是配位鍵,黑色鍵是帶有部分共價鍵性質的離子鍵

混合鍵型:同時存在幾種作用力

典型物質:C(石墨)

工科化學(一一):物質的化學組成與聚集形態(物質的化學組成與聚集狀態)

層內部是共價鍵,層與層之間是范德華力

2.2.2非晶體

單元粒子無序排列,沒有確定的熔點

制備方法:液相或氣相沉積法制備

工科化學(一一):物質的化學組成與聚集形態(物質的化學組成與聚集狀態)

不同溫度下非晶體的狀態

目前使用的4類:玻璃、非晶態高分子化合物、非晶態薄膜、非晶態合金

2.2.3固體吸附劑

吸附劑分類:

物理吸附和化學吸附(區分依據是吸附機理)

物理吸附代表物質:活性炭,活性炭纖維

化學吸附:表面有含氧基團(羧基、羥基、羰基)

活性炭:

一種特殊處理的炭,別名:無定型炭。制備時經過炭化過程,減少了非炭部分。具有較大的比表面積,吸附過程是物理過程,吸附后可以洗脫。

分子篩:

最常用的分子篩是沸石型不溶性硅鋁酸鹽

分子通式:Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]?mH2O

孔徑可控,可以選擇性地吸附

工科化學(一一):物質的化學組成與聚集形態(物質的化學組成與聚集狀態)

沸石的平面結構

以不同的方式連接,形成立體網狀骨架

2.2.4固體廢棄物

定義:人類生活中不再具有使用價值而丟棄的固態物質

危害:

  1. 占用土地;(垃圾包圍城市)
  2. 污染水源;(一節電池污染的水與一個人一生用的水相當)
  3. 傳播病毒。(病毒載體)

治理:

  1. 回收(可循環利用部分)
  2. 無害化處理(不可循環使用的部分)
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