1、2023-2-14刘晓瑭1目 录 11.1 碳 11.2 硅 11.3 锗锡铅 11.4 硼 11.5 镓铟铊2023-2-14刘晓瑭211.2 硅 11.2.1 单质 11.2.2 硅烷 11.2.3 硅的卤化物 11.2.4 硅的含氧化合物2023-2-14刘晓瑭3灰黑色，高硬度，灰黑色，高硬度，高高 m.p.。结晶硅是重要电子工业材料。结晶硅是重要电子工业材料。硅单质硅单质有无定形体和晶体两种，其晶体类似金刚石。有无定形体和晶体两种，其晶体类似金刚石。由于由于Si的原子半径大，电离能低，电子亲的原子半径大，电离能低，电子亲合能和极化率高，因此合能和极化率高，因此Si在化学性质上与在化学性
2、质上与碳有许多不同之处，例如碳有许多不同之处，例如Si和和Si之间基本之间基本上不形成上不形成pp键，键，倾向以较多的倾向以较多的键形键形成聚合体。成聚合体。Si：sp3，换言之，换言之，Si的的sp或或sp2杂化不稳定。杂化不稳定。Si原子的价轨道存在原子的价轨道存在3d空轨道空轨道,其最大配其最大配位数可以达到位数可以达到6，如：，如：化合物化合物Na2 SiF6；再如再如N(SiH3)3中中N原子采取原子采取sp2杂化，分子杂化，分子为平面三角形，这是由于为平面三角形，这是由于N原子的孤对电原子的孤对电子对占有子对占有Si原子的原子的3d空轨道，形成空轨道，形成dp键所致。显然键所致。显
3、然N(CH3)3与与N(SiH3)3的碱性的碱性也不同，前者的也不同，前者的Lewis碱性大于后者。碱性大于后者。2023-2-14刘晓瑭4 粗硅的取得粗硅的取得 SiO2 +2 C Si (粗粗)+2 CO 电炉电炉18001 制备制备 硅硅(Silicon)：冶金级硅（纯度：冶金级硅（纯度 98.5%99.7%）全世界年产量）全世界年产量约约5105 t.大部分以各种品级的硅铁进入市场，年产量大部分以各种品级的硅铁进入市场，年产量 5108 t.冶金级硅的冶金级硅的65%用于制造合金用于制造合金,约约 30%用于制造硅橡胶，约用于制造硅橡胶，约 4%用于制造半导体和高分散度的二氧化硅。大量
4、硅铁被用用于制造半导体和高分散度的二氧化硅。大量硅铁被用作炼钢过程的除氧剂。作炼钢过程的除氧剂。2023-2-14刘晓瑭5 (1)SiCl4+2Zn=Si+2ZnCl2 (2)SiO2和和C混合，在电炉中加热混合，在电炉中加热:SiO2+2C=Si+2CO (3)SiO2+CaC2=Si+Ca+2CO (4)硅烷的分解硅烷的分解:SiH4=Si+2H2 用作半导体用的超纯硅，需用区域熔融的方法提纯用作半导体用的超纯硅，需用区域熔融的方法提纯99.999999%2023-2-14刘晓瑭6区域融熔示意图区域融熔示意图Si(粗粗)+2Cl2 SiCl4，Si(粗粗)+3HCl SiHCl3+H267
5、3-773 K553-573 KSiCl4+2H2 Si(纯纯)+4HCl，SiHCl3+H2 Si(纯纯)+3HCl1273K1173K粗馏提纯粗馏提纯区域融熔区域融熔单晶硅单晶硅提 纯2023-2-14刘晓瑭72023-2-14刘晓瑭82 化学反应化学反应 Si 和强碱的作用类似于砷，比砷更容易些和强碱的作用类似于砷，比砷更容易些 Si +2 NaOH +H2O Na2SiO3 +2 H2 单一的酸不能单一的酸不能与与 Si 反应，反应，钝化，钝化，Si 可可溶于溶于 HFHNO3 混酸混酸中中 3 Si +18 HF+4 HNO3 3 H2SiF6 +4 NO+8 H2OSi 在常温下不
6、活泼，而在高温下可以和在常温下不活泼，而在高温下可以和 O2、Cl2、N2 反应，也反应，也可以和可以和 Ca，Mg，Mn 等等金属金属反应。反应。2O C6004Cl C400N C100043C C2000SiOSiCl Si NSiSiC 322 2Mg+Si=Mg2SiSi 在高温下与水蒸气反应在高温下与水蒸气反应:Si+3H2O=H2SiO3+2H2 2023-2-14刘晓瑭9附录：半导体硅附录：半导体硅半导体性质半导体性质周期表中周期表中 7 7 种半导体元素种半导体元素 B B，SiSi，GeGe，AsAs，SbSb，Se Se 和和 TeTe全在全在 p p 区区.特别需要提醒
7、的是特别需要提醒的是:不能以导不能以导电能力判断一种物质是否属于半导体，用作判据的只能电能力判断一种物质是否属于半导体，用作判据的只能是禁带的宽度是禁带的宽度.第第 族元素和某些第族元素和某些第 族化合物的禁带族化合物的禁带（25）材料材料 E/eV 材料材料 E/eV C(金刚石金刚石)5.47 BN 7.5(近似值近似值)SiC 3.00 BP 2.0Si 1.12 GaN 3.36Ge 0.66 GaP 2.26Sn 0 GaAs 1.42 InAs 0.362023-2-14刘晓瑭10晶硅：具金属光泽，能导电（不及金属）晶硅：具金属光泽，能导电（不及金属）准金属：制半导准金属：制半导体
8、的材料。体的材料。E3ev。掺入元素后。掺入元素后E减少，如减少，如Si：E=1.1ev掺入掺入A(B、Al、Ge、In)少了一个电子，留下了一个带正电荷少了一个电子，留下了一个带正电荷的的“空穴空穴”，元素导电性增加形成，元素导电性增加形成p型半导体；掺入型半导体；掺入Al后后 E=0.057ev掺入掺入A(p、As、Sb、Bi)多了一个电子，元素导电性增加形成多了一个电子，元素导电性增加形成n型半导体。掺入型半导体。掺入P后后 E=0.044 ev。p-型和型和 n-型半导体型半导体2023-2-14刘晓瑭11p-型半导体受到光的照射型半导体受到光的照射,价带中的电子吸收光能后被激发价带中
9、的电子吸收光能后被激发至导带至导带,在价带留下带正电荷的空穴。与正电荷空穴不同在价带留下带正电荷的空穴。与正电荷空穴不同,导导带电子容易穿越接触面进入带电子容易穿越接触面进入n-型半导体型半导体,这样就产生了电流这样就产生了电流。这些电子由导线携带穿过外电路的负载。这些电子由导线携带穿过外电路的负载(如灯泡如灯泡,电动马达电动马达等等),最后回到最后回到p-型半导体型半导体,以填充那里的空穴。继续吸收光线以填充那里的空穴。继续吸收光线会产生更多的传导电子和空穴会产生更多的传导电子和空穴,只要有光线照射在太阳能电只要有光线照射在太阳能电池上池上,这个过程就会继续下去。这个过程就会继续下去。光电池
10、光电池2023-2-14刘晓瑭12光子带隙材料光子带隙材料硅单晶材料硅单晶材料太阳电池材料太阳电池材料纳米半导体材料纳米半导体材料一 些 半 导 体 硅 材 料2023-2-14刘晓瑭13Silicon nitride(Si3N4)is a hard,solid substance,that can be obtained by direct reaction between silicon and nitrogen at high temperatures.Silicon nitride is the main component in silicon nitride ceramics,wh
11、ich have relatively good shock resistance compared to other ceramics.Rollers made of silicon nitride ceramic are sometimes used in high-end skateboard bearings,due to the materials shock and heat-resistant characteristics.It is also used as an ignition source for domestic gas appliances,hot surface
12、ignition.In microelectronics,silicon nitride is usually formed using chemical vapor deposition(CVD)method,or one of its variants,such as plasma-enhanced chemical vapor deposition(PECVD).It is usually used either as an insulator layer to electrically isolate different structures or as an etch mask in
13、 bulk micromachining.As a passivation layer for microchips,it is superior to silicon dioxide,as it is a significantly better diffusion barrier against water molecules and sodium ions,two major sources of corrosion and instability in microelectronics.It is also used as a dielectric between polysilico
14、n layers in capacitors in analog chips.Bulk,monolithic silicon nitride is used as a material for cutting tools,due to its hardness,thermal stability,and resistance to wear.It is especially recommended for high speed machining of cast iron.For machining of steel,it is usually coated by titanium nitri
15、de(usually by CVD)for increased chemical resistance.2023-2-14刘晓瑭14Lightning ArrestersIn telegraphy and telephony a lightning arrester is placed where wires enter a structure,preventing damage to electronic instruments within and ensuring the safety of individuals near them.Lightning arresters,also c
16、alled surge protectors,are devices which are connected between each electrical conductor in a power and communications systems and the earth.These provide a short circuit to the ground that is interrupted by a non-conductor over which lightning jumps.Its purpose is to limit the rise in voltage when
17、a communications or power line is struck by lightning.The non-conducting material may consist of a semi-conducting material like silicon carbide or zinc oxide,or a spark gap.Primitive varieties of such spark gaps are simply open to the air,but more modern varieties are filled with dry gas and provid
18、ed with a small amount of radioactive material to encourage the gas to ionize when the voltage across the gap reaches a specified level.Other designs of lightning arresters use a glow-discharge tube(essentially like a neon glow lamp)connected between the protected conductor and ground,or any one of
19、a myriad of voltage-activated solid-state switches called varistors or MOVs.Lightning arresters built for substation use are impressive devices,consisting of a porcelain tube several feet in length and several inches in diameter,filled with disks of zinc oxide.A safety port is supplied on the side o
20、f the device to vent the occasional internal explosion without shattering the porcelain cylinder.2023-2-14刘晓瑭1511.2 硅 11.2.1 单质 11.2.2 硅烷 11.2.3 硅的卤化物 11.2.4 硅的含氧化合物2023-2-14刘晓瑭16硅的饱和氢化物称为硅烷硅的饱和氢化物称为硅烷(silane or silicon)。最简单的为。最简单的为SiH4。气态：气态：SiH4 Si2H6 液态：液态：Si3H8 Si4H10 Si5H12 Si6H14 故故硅烷的种类比烷烃少得多
21、硅烷的种类比烷烃少得多，Sin H2n+2 (n 6)。最典型的是甲硅烷最典型的是甲硅烷 SiH4 无色无臭气体。无色无臭气体。Si Si 键不如键不如 CC 键强，尤其是键强，尤其是 Si Si 双双键。键。因为因为 Si 的的原子原子半径半径比比 C 大，大，成成 键键时原子轨道时原子轨道重叠程度重叠程度小，小，成成 键键时时重叠程度更小。重叠程度更小。另一种说法：另一种说法：SinH(2n+2)n可高达可高达15 甲硅烷甲硅烷1 结构结构 2023-2-14刘晓瑭17 与与 CH4 对比进行讨论。对比进行讨论。1稳定性比稳定性比 CH4 差差 SiH4 Si +2 H2 甲烷分解甲烷分解
22、 1773 K773 K 2还原性比还原性比 CH4 强强 SiH4 +2 O2 SiO2+2 H2O 而而甲烷不能自燃甲烷不能自燃 自燃自燃2 化学性质化学性质 3 水解性水解性 SiH4+(n+2)H2O SiO2 n H2O +4 H2 (需微量需微量 OH 参与参与)甲烷不水解，无此反应。甲烷不水解，无此反应。SiH4 +8 AgNO3 +2 H2O SiO2+8 HNO3+8 Ag SiH4+2 MnO4 MnO2 +SiO32+H2O +H2可以用可以用KMnO4来鉴来鉴别在纯水中硅烷别在纯水中硅烷在纯水和微酸性溶液中不水解在纯水和微酸性溶液中不水解原因是亲氧原因是亲氧性性2023
23、-2-14刘晓瑭183 制制 备备 SiO2 与金属一同灼烧与金属一同灼烧 之后在酸中水解之后在酸中水解 Mg2Si +4 HCl SiH4 +2 MgCl2 Mg2Si+4NH4Br SiH4+2MgBr2+4NH3 这样制得的这样制得的 SiH4 中含有中含有 Si2H6 ，Si3H8 等杂质等杂质。制备纯的制备纯的 SiH4 SiCl4 +LiAlH4 SiH4 +LiCl +AlCl3 SiO2 +4 Mg Mg2Si +2 MgO 2023-2-14刘晓瑭1911.2 硅 11.2.1 单质 11.2.2 硅烷 11.2.3 硅的卤化物 11.2.4 硅的含氧化合物2023-2-14
24、刘晓瑭20 正四面体结构单元正四面体结构单元:SiO4,SiS4,SiN4,SiC4 SiF4(g)，SiCl4(l)，SiBr4(l)，SiI4(s)均无色均无色。SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4聚集态聚集态 g l l s相对分子质量相对分子质量 小小 大大溶沸点溶沸点 低低 高高2023-2-14刘晓瑭21SiX4+4 H2O H4SiO4 +4 HX 此为此为共性，共性，SiCl4，无色液体，空气中潮解发烟。，无色液体，空气中潮解发烟。可以从结构上分析可以从结构上分析 SiCl4 水解反应进行的机理。水解反应进行的机理。1 水解性水解性 sp3 杂化 sp3d 杂化 sp3
25、杂化 ClClClClSiClClClOHSiClClClOHSiCl+OH Cl ClSiClClClHOHSiClClClClOHHHClClSiClClOHHOHOHSiHOOHOH2023-2-14刘晓瑭22 关键是关键是 Si 有有 3 d 空空轨道，可以轨道，可以接受接受 OH 以以形成形成 sp3d 杂化的杂化的五配位中间体五配位中间体，故故 SiCl4 易水解。易水解。而而 CCl4 中中 C 的价层无的价层无 d 轨道，故不易水解轨道，故不易水解。SiF4 +4 H2O H4SiO4+4 HFSiF4 +2 HF H2SiF6 H2SiF6 是强酸，是强酸，和和 H2SO4
26、相相近近。但纯的。但纯的 H2SiF6 尚未制得，其盐尚未制得，其盐 Na2SiF6，K2SiF6 较难溶，但较难溶，但 PbSiF6 却易溶。却易溶。水解快并生成水解快并生成 SiF62 的性质与其路易斯酸性有关的性质与其路易斯酸性有关!3SiF4+2Na2CO3+2H2O=2Na2SiF6+H4SiO4+CO22023-2-14刘晓瑭23和焦炭共热和焦炭共热 SiO2 +2 Cl2 +2 C SiCl4 +2 CO或者使用现制取的或者使用现制取的 HF SiO2+2CaF2+2H2SO4 2CaSO4+SiF4+2H2O2 制备制备 SiO2+4 HF =SiF4+2 H2OSi+2 Cl
27、2 =SiCl42023-2-14刘晓瑭2411.2 硅 11.2.1 单质 11.2.2 硅烷 11.2.3 硅的卤化物 11.2.4 硅的含氧化合物2023-2-14刘晓瑭25无定型体：石英玻璃、硅藻土、燧石晶体：天然晶体为石英，属于原子晶体纯石英：水晶含有杂质的石英：玛瑙，紫晶1 二氧化硅二氧化硅2023-2-14刘晓瑭26水晶石英盐黑曜石紫晶缟玛瑙玛瑙2023-2-14刘晓瑭27：Si 采用采用 sp3 杂化轨道与杂化轨道与 O 形成硅氧四形成硅氧四面体面体,处于四面体顶端的处于四面体顶端的 氧原子均为周氧原子均为周围的四面体共用，这种结构导致其化学围的四面体共用，这种结构导致其化学性
28、质很稳定性质很稳定.正硅酸根离子正硅酸根离子SiO44-OSiOOO共用一个顶点的二硅酸根离子共用一个顶点的二硅酸根离子Si2O76-OSiOOOSiOOO共用两个顶点的链状翡翠共用两个顶点的链状翡翠 NaAl(SiO3)2绿绿柱石中共用两个顶点的环状柱石中共用两个顶点的环状Si6O1812-(1)结构结构2023-2-14刘晓瑭28 SiO2 不溶于水，但它是硅酸的酸酐。加热可使不溶于水，但它是硅酸的酸酐。加热可使其其溶于强碱溶于强碱的水溶液或的水溶液或与与 Na2CO3 共共熔融熔融，形成可溶性硅酸盐，如硅酸，形成可溶性硅酸盐，如硅酸钠。钠。SiO2 和和 HF 有特殊反应有特殊反应 Si
29、O2 +4 HF SiF4+2 H2O (g)COSiONaCONaSiOOHSiONa2NaOHSiO2323222322(2)性质性质说明不能用磨口说明不能用磨口玻璃瓶盛碱！玻璃瓶盛碱！HF 不能用玻璃不能用玻璃瓶保存；可用瓶保存；可用HF蚀刻玻璃蚀刻玻璃不活泼，高温时只能被不活泼，高温时只能被Mg、Al 或或 B 还原还原 SiO2+2 Mg 2 MgO+Si高温高温2023-2-14刘晓瑭29可溶性硅酸盐与酸反应可得正硅酸可溶性硅酸盐与酸反应可得正硅酸 SiO44+4 H+H4SiO4 正硅酸正硅酸 Ka=3.0 10 102 硅酸硅酸 H2SiO2332SiOH OH2CO2SiO2
30、223332HCO2SiOH 423NH2SiO3322NHSiOH 12210132106.1107.1 SiOH=，溶解度小，是二元弱酸KK可溶性硅酸盐与可溶性硅酸盐与H+,CO2,NH4+反应得到反应得到H2SiO3 2023-2-14刘晓瑭30 x=1，y=2，H4SiO4 正正（原）（原）硅酸硅酸 x=2，y=1，H2Si2O5 二偏硅酸二偏硅酸 x=2，y=3，H6Si2O7 焦硅酸焦硅酸 硅酸根之间易缩合，使硅酸的存在形式变得很复杂，经常用硅酸根之间易缩合，使硅酸的存在形式变得很复杂，经常用 x SiO2 y H2O 表示硅酸根的组成，如表示硅酸根的组成，如 x=1，y=1，H2
31、SiO3 偏硅酸偏硅酸 正硅酸放置时，将聚合成分子量较高的硅酸。正硅酸放置时，将聚合成分子量较高的硅酸。H6Si2O7 +H4SiO4 H8Si3O10 +H2O H6Si2O7 +H8Si3O10 H12Si5O16+H2O 当分子量达到一定程度时，则生成硅胶。当分子量达到一定程度时，则生成硅胶。聚合程度的高低，和溶液的聚合程度的高低，和溶液的 pH 有关。碱性强时，聚合程度有关。碱性强时，聚合程度较低；酸性时，聚合程度较高。较低；酸性时，聚合程度较高。2023-2-14刘晓瑭31 在单聚可溶性硅酸盐在单聚可溶性硅酸盐 Na2SiO3 中，加中，加 H+Na2SiO3 +2 H+H2SiO3
32、 +2 Na+至至 pH=7 8 时，硅酸根缩聚，聚合度逐渐加高，形成大分子时，硅酸根缩聚，聚合度逐渐加高，形成大分子量的胶体溶液。量的胶体溶液。当分子量达到一定程度时，变成凝胶。用当分子量达到一定程度时，变成凝胶。用热热水洗涤，去掉水洗涤，去掉生成的盐生成的盐，烘干，烘干(333 343 K)，加热，加热(573 K)活化，得到一种活化，得到一种多孔性有吸附作用的物质多孔性有吸附作用的物质 多孔硅胶。多孔硅胶可用为干燥多孔硅胶。多孔硅胶可用为干燥剂，具有吸水作用。剂，具有吸水作用。3 硅胶硅胶浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶。胶冻状硅酸硅胶-H2O2023-2-14刘晓瑭32 吸水前后，若有
33、颜色变化，会更有利于使用。为此，可用吸水前后，若有颜色变化，会更有利于使用。为此，可用CoCl2 溶液浸泡溶液浸泡后后，再再烘干烘干。CoCl2 无水时呈蓝色无水时呈蓝色，当干燥剂吸当干燥剂吸水后，随吸水量不同，水后，随吸水量不同，硅胶硅胶呈现呈现蓝紫紫粉红。蓝紫紫粉红。硅胶的硅胶的结构是以结构是以 SiOSi 键联为基础的。胶体处于不完键联为基础的。胶体处于不完整键合和混杂无序状态。整键合和混杂无序状态。无水无水 CoCl2 CoCl26 H2O 最后最后 Co(H2O)62+使硅胶使硅胶呈粉红色，说明硅胶已经吸饱水，呈粉红色，说明硅胶已经吸饱水，再使用时要烘干。再使用时要烘干。称这种硅胶为
34、称这种硅胶为变色硅胶变色硅胶。天平的玻璃罩内天平的玻璃罩内的的变色硅胶，若变红，则表示硅胶已经失效，无变色硅胶，若变红，则表示硅胶已经失效，无吸水性，需烘干变蓝后再用。吸水性，需烘干变蓝后再用。2023-2-14刘晓瑭33 1硅酸盐结构的图示法硅酸盐结构的图示法 硅酸盐种类极多，其结构可分为链状、片状和三维网络状，硅酸盐种类极多，其结构可分为链状、片状和三维网络状，但其基本结构单元都是硅氧四面体。但其基本结构单元都是硅氧四面体。SiOOOO SiO44 (单聚正硅酸根单聚正硅酸根)从从 O Si 连连线投影，线投影，得到平面得到平面图形，中心是图形，中心是 Si和一个和一个 O 的重叠，的重叠
35、，则单聚正硅酸根可表示如右图：则单聚正硅酸根可表示如右图：4 硅酸盐硅酸盐 焦硅酸根焦硅酸根 Si2O74 二聚硅酸根二聚硅酸根2023-2-14刘晓瑭34 2 硅酸盐结构的分类硅酸盐结构的分类 硅氧四面体共用两个顶点，可连接成长链硅氧四面体共用两个顶点，可连接成长链：这种链状硅酸根之间，通过阳离子相互结合成束，即成纤维这种链状硅酸根之间，通过阳离子相互结合成束，即成纤维状硅酸盐，如石棉。状硅酸盐，如石棉。通式通式 Si n O 3n+1 (2n+2)2023-2-14刘晓瑭35 蓝石棉蓝石棉 温石棉温石棉 H4(Mg Fe)3 Si2O92023-2-14刘晓瑭36 SiO44 共三个顶点相
36、联，可形成片状（层状）结构，层与共三个顶点相联，可形成片状（层状）结构，层与层之间通过阳离子约束，得片层状硅酸盐。层之间通过阳离子约束，得片层状硅酸盐。如云母如云母 KMg3(OH)2 Si3 AlO102023-2-14刘晓瑭37 金云母金云母 H4K2Mg6Al2Si6O242023-2-14刘晓瑭38 SiO44 共用四个顶点，结成三维网络状结构，如沸石类。共用四个顶点，结成三维网络状结构，如沸石类。沸石有微孔，有笼，有吸附性。因为是晶体，不同于硅胶，沸石有微孔，有笼，有吸附性。因为是晶体，不同于硅胶，孔道规格均一。根据孔径的大小，可筛选分子，称沸石分子筛。孔道规格均一。根据孔径的大小，
37、可筛选分子，称沸石分子筛。由于沸石分子筛的孔道一致，故对分子的选择性强，不同于由于沸石分子筛的孔道一致，故对分子的选择性强，不同于活性炭，见下图的对比。活性炭，见下图的对比。活性炭活性炭分子半径分子半径吸附量吸附量沸石分子筛沸石分子筛分子半径分子半径吸附量吸附量 石油工业上广泛使用沸石分子筛做催化剂或催化剂载体。石油工业上广泛使用沸石分子筛做催化剂或催化剂载体。2023-2-14刘晓瑭39 硅酸盐结构归纳硅酸盐结构归纳 (i)每个每个SiO4四面体四面体Si:O=1:4,化学式为化学式为SiO44-(ii)两个两个SiO4以角氧相连，以角氧相连，Si和和O的原子数之比是的原子数之比是1:3.5
38、，化学式为，化学式为Si2O72-(iii)SiO4以两个角氧分别和其它以两个角氧分别和其它SiO4两个角氧相两个角氧相连成环状或长链状结构，连成环状或长链状结构，Si:O=1:3 (iv)SiO4以角氧构造成双链，以角氧构造成双链，Si:O=4:11，(v)SiO4分别以三角氧和其它三个分别以三角氧和其它三个SiO4相连成层状相连成层状结构结构 (vi)SiO4分别以四个氧和其他四个相连成立体结构，分别以四个氧和其他四个相连成立体结构，SiO2 nn6114OSi2023-2-14刘晓瑭40nn252OSinn6114OSiSi:O=1:32023-2-14刘晓瑭41可溶性：Na2SiO3(
39、水玻璃)、K2SiO3不溶性：大部分硅酸盐难溶于水，且有特征颜色。硅酸盐水中花园 硅酸盐结构复杂，一般写成氧化物形式硅酸盐结构复杂，一般写成氧化物形式.泡沸石：泡沸石：Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O硅酸钠：硅酸钠：Na2O nSiO22023-2-14刘晓瑭42碱金属硅酸盐水解使溶液显碱性，酸或铵盐促进水解使之碱金属硅酸盐水解使溶液显碱性，酸或铵盐促进水解使之沉淀出硅酸：沉淀出硅酸：碱金属硅酸盐大量用于制造洗涤剂，用作制造橡胶、碱金属硅酸盐大量用于制造洗涤剂，用作制造橡胶、塑料工业中的塑料工业中的SiO2填料和石油裂解催化剂的起始物填料和石油裂解催化剂的起始物,也用也用于合成分子筛
40、和硅胶。于合成分子筛和硅胶。+H2O(l)+OH-(aq)+2 NH4+(aq)+2 NH3(g)+2 H3O+(aq)+2 H2O(l)(aqSiO23)(aqSiO23)(aqSiO23)(aqHSiO3)(aqSiOH32)(aqSiOH32 3 性质性质2023-2-14刘晓瑭43具有分子那般大小孔径的一类结晶铝硅酸盐具有分子那般大小孔径的一类结晶铝硅酸盐.分子筛分子筛(Molecolar sieves)沸石沸石(Zeolites)的组成和结构的组成和结构 沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶角相连的沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶角相连的 SiO4和和 AlO4 四四 面体组成面
41、体组成.通式表示为通式表示为(M+,M 2+0.5)AlO2x SiO2yH2Oz，阴离子，阴离子 骨架中的骨架中的Si/Al 比是影响沸石结构和性质的重要参数，分子筛的耐酸比是影响沸石结构和性质的重要参数，分子筛的耐酸 能力和热稳定能力和热稳定 性随此增大而升高性随此增大而升高.分子筛的功能和用途分子筛的功能和用途 离子交换功能离子交换功能 吸附功能吸附功能 分离功能分离功能 催化功能催化功能附录：铝硅酸盐材料附录：铝硅酸盐材料沸石沸石Na12(AlO2)12(SiO2)12zH2O 削顶八面体是个十四面削顶八面体是个十四面体体,叫钠沸石笼叫钠沸石笼(sodalite cage),是构成一大
42、类沸石骨是构成一大类沸石骨架的基础。架的基础。2023-2-14刘晓瑭44 一个钠沸石笼中分别有多少一个钠沸石笼中分别有多少 Si 和和 Al 原子？原子？“笼笼”是个是个 14 面体面体(8 个六边形面和个六边形面和 6 个四边形面个四边形面)，或者将其看作削顶八面体。或者将其看作削顶八面体。八面体的八面体的 6 个顶角被削变成个顶角被削变成 6 个四方形，原来的个四方形，原来的 8 个三角形面变成了正六边形。个三角形面变成了正六边形。14 面体的顶点被面体的顶点被 Si 原子和原子和 Al 原子相间占据，原子相间占据，每个每个Si 原子原子和和 Al 原子都处于由周围原子都处于由周围 O
43、原子围成的四面体中心。原子围成的四面体中心。原子处于原子处于 14 面体的棱边上。由此可看出有面体的棱边上。由此可看出有 24 个顶角，个顶角，因此因此 Si 和和 Al 原子总数为原子总数为 24。QuestionQuestionSolution2023-2-14刘晓瑭45硅无机高分子硅无机高分子 它们几乎能以任何相象得出来的方式相结合它们几乎能以任何相象得出来的方式相结合.由聚硅氧烷可以得到硅油、硅橡胶、硅树脂等多种无机高分子材由聚硅氧烷可以得到硅油、硅橡胶、硅树脂等多种无机高分子材料料.这些材料具有许多优异的性能，如高温下的稳定性、抗氧化和抗这些材料具有许多优异的性能，如高温下的稳定性、
44、抗氧化和抗风蚀能力、疏水性、起泡和稳泡能力、绝缘性、高透气性、对人体无风蚀能力、疏水性、起泡和稳泡能力、绝缘性、高透气性、对人体无害、物理性能几乎不随温度而变化等害、物理性能几乎不随温度而变化等 .当今发展中的无机高分子材料有三大类：当今发展中的无机高分子材料有三大类：聚硅氧烷聚硅氧烷 聚磷腈聚磷腈 聚硅烷聚硅烷O SiRRnNPRRSi SiRRnRR组成硅氧烷的基本结构单元为：组成硅氧烷的基本结构单元为：R3SiO(1/2)单功能基（单功能基（M）R3SiO(2/2)双功能基（双功能基（D）R3SiO(3/2)三功能基（三功能基（T）R3SiO(4/2)四功能基（四功能基（Q）SiOnCH3CH3SiOH3CCH3CH3SiCH3CH3CH32023-2-14刘晓瑭46
