工科化学(一一):物质的化学组成与聚集形态(物质的化学组成与聚集状态)

2.2固体

上面我们讲了一些特殊的物质形态和化学组成,下面我们将从固、液、气三种聚集形态来描述物质的化学组成,今天主讲固体的相关知识。

固体:原子和原子结合态单元在常温常压下聚集成的固态系统

固体从原子结合方式上分为两种

晶体:原子及其结合态单元在空间排列有序称为晶体

非晶体:原子及其结合态单元在空间排列无序称为非晶体

晶体和非晶体的区别在宏观上显示为是否有固定的熔点

2.2.1晶体

晶格:把原子或者原子结合态看成几何学上的结点,这些结点按照一定规律排列所组成的几何图形称为晶格,又叫点阵,晶格的最小单位为晶胞

单晶:能用一个空间点阵图贯穿整个晶体。工业上用作半导体的硅绝大多数都是单晶硅

多晶:不能用一个空间点阵图贯穿整个晶体

2.2.1.1离子晶体

离子键为化合物主要成键方式

特点:正负离子在晶格节点上交替出现,以离子键结合,熔点高,硬度大,较脆。

作用力:离子间作用力,与离子电量成正比,与离子间距的平方成反比,作用力越大,熔点越高

工科化学(一一):物质的化学组成与聚集形态(物质的化学组成与聚集状态)

不同化合物的熔点比较及其原因

这也是在工程上简单比较熔点大小的方法。带电荷越多,离子半径越小,其熔点越高。(只适用于离子晶体)

2.2.1.2分子晶体

晶格结点上排列着极性分子或者非极性分子,一般为非金属,共价化合物。

特点:熔点低,硬度小,不导电,熔沸点随分子量增加而增加(有氢键的例外)

mp/℃ SiF4<SiCl4<SiBr4 <SiI4

-90.2 -70 5 120.5

作用力:分子间作用力(范德华力)

分子晶体一般熔点不高于400℃

2.2.1.3原子晶体

晶格结点上排列中性原子

结合力:共价键

典型物质:C(金刚石),SiO2,Si,B4C等

特点:熔点高,硬度大,延展性小,导电性能大小不一

2.2.1.4金属晶体

晶格节点上是原子或者正离子

作用力:金属键,强弱与原子半径/外层电子数有关

特点:大部分熔点较高(想一想反例都有哪些),硬度较大,良好的导电/导热能力,延展性好

典型物质:大部分金属Cu,Ag,Au等

2.2.1.5过渡型晶体和混合键型晶体

过渡型:晶格内的作用力发生变异

典型物质;FeCl2 、AlCl3

工科化学(一一):物质的化学组成与聚集形态(物质的化学组成与聚集状态)

红色是配位键,黑色键是带有部分共价键性质的离子键

混合键型:同时存在几种作用力

典型物质:C(石墨)

工科化学(一一):物质的化学组成与聚集形态(物质的化学组成与聚集状态)

层内部是共价键,层与层之间是范德华力

2.2.2非晶体

单元粒子无序排列,没有确定的熔点

制备方法:液相或气相沉积法制备

工科化学(一一):物质的化学组成与聚集形态(物质的化学组成与聚集状态)

不同温度下非晶体的状态

目前使用的4类:玻璃、非晶态高分子化合物、非晶态薄膜、非晶态合金

2.2.3固体吸附剂

吸附剂分类:

物理吸附和化学吸附(区分依据是吸附机理)

物理吸附代表物质:活性炭,活性炭纤维

化学吸附:表面有含氧基团(羧基、羟基、羰基)

活性炭:

一种特殊处理的炭,别名:无定型炭。制备时经过炭化过程,减少了非炭部分。具有较大的比表面积,吸附过程是物理过程,吸附后可以洗脱。

分子筛:

最常用的分子筛是沸石型不溶性硅铝酸盐

分子通式:Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]•mH2O

孔径可控,可以选择性地吸附

工科化学(一一):物质的化学组成与聚集形态(物质的化学组成与聚集状态)

沸石的平面结构

以不同的方式连接,形成立体网状骨架

2.2.4固体废弃物

定义:人类生活中不再具有使用价值而丢弃的固态物质

危害:

  1. 占用土地;(垃圾包围城市)
  2. 污染水源;(一节电池污染的水与一个人一生用的水相当)
  3. 传播病毒。(病毒载体)

治理:

  1. 回收(可循环利用部分)
  2. 无害化处理(不可循环使用的部分)
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