【正文】 C CC CCCC圖 210 金剛石 (C) 的晶體結(jié)構(gòu) 金剛石 藍(lán)色球和紅色球都是碳原子，用紅色球凸顯四個位置特殊的碳原子。原子或正離子通過自由電子結(jié)合，這種結(jié)合力是金屬鍵。 81 金屬晶體堆積方式 A1型密堆積 ABCABC A3型密堆積 ABAB A2型密堆積 ABAB 體心立方 六方 面心立方 82 金屬晶體單質(zhì)多數(shù)具有 較高的熔點(diǎn) 和 較大的硬度 ，通常所說的耐高溫金屬就是指熔點(diǎn)高于鉻的熔點(diǎn) (1 857 ℃ ) 的金屬，集中在副族，其中熔點(diǎn)最高的是鎢 (3 410 ℃ ) 和錸 (3 180 ℃ )，它們用作測高溫的熱電偶材料。金屬晶體還有良好的 延展性 等機(jī)械加工性能，有金屬光澤 、 對光不透明 等特性。 83 5．過渡型晶體 將晶體分成上述四個基本類型，給研究和使用帶來很多方便，但僅僅是簡單的概括。 例如 ，利用二碘化鎢 (W I2) 熔點(diǎn)低，易揮發(fā)的特性，在燈管中加入少量 I2 可制得碘鎢燈。 84 6．混合鍵型晶體 實(shí)際晶體中還有晶格粒子間同時存在幾種作用力的混合鍵型晶體。如 圖 211所示，石墨晶體中同層粒子間以共價鍵結(jié)合，平面結(jié)構(gòu)的層與層之間則以分子間力結(jié)合。六方型氮化硼（熔點(diǎn) 2 983 ℃ ），又稱 白色石墨 ，比石墨更能耐高溫，化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定，可用來制作熔化金屬用的容器、耐高溫實(shí)驗(yàn)儀器及耐高溫固體潤滑劑。非晶體的熔化，經(jīng)歷由固態(tài)逐漸變軟，最后變?yōu)榱鲃尤垠w的一個過程，所以無確定的熔點(diǎn)。 二、非晶體 非晶態(tài) ——琥珀 C10H16O，硬度 2. 5 87 非晶體材料的形成途徑 (2) 用 液相或氣相沉積 制備非晶體薄膜，其結(jié)構(gòu)與相應(yīng)液態(tài)結(jié)構(gòu)完全不同，可有多種非晶體結(jié)構(gòu)，不存在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度。目前廣泛應(yīng)用的非晶體固體有四類：玻璃；非晶態(tài)高分子化合物；非晶態(tài)薄膜；非晶態(tài)合金 (也稱 金屬玻璃 )。 通常有兩種： 88 粘流態(tài) 高彈態(tài) 玻璃態(tài) 1．非晶態(tài)高分子化合物 溫度 Tg Tf 插短片： 2， 01玻璃態(tài) 89 表 2. 6 幾種高分子化合物的玻璃化溫度、粘流化溫度和分解溫度 高分子化合物 Tg／ ℃ Tf／ ℃ Td／ ℃ 聚苯乙烯 80 ~ 100 有機(jī)玻璃 57 ~ 68 聚氯乙烯 75 聚乙烯醇 85 聚丙烯腈 ＞ 100 尼龍 –66 48 天然橡膠 － 73 丁苯橡膠 –63 ~ –75 氯丁橡膠 –40 ~ –50 硅橡膠 –109 低壓聚乙烯 100 – 130 ≥ 300 聚苯乙烯 112 ~ 146 ＞ 300 聚碳酸酯 220 ~ 230 300 ~ 310 尼龍 –66 264 270 90 2．非晶態(tài)薄膜 目前使用的許多半導(dǎo)體器件中都有非晶態(tài)薄膜，最具代表性的是具有極高信息密度的光存貯盤，還有全息攝影、薄的柔性襯底生長的廉價光電池、激光書寫和復(fù)印機(jī)上的長壽命感光滾筒以及用于大屏幕顯示的電子電路等。 91 3．非晶態(tài)合金 非晶態(tài)合金是一類新型非晶態(tài)材料， 20 世紀(jì) 60 年代后才在制備技術(shù)上得到突破。非晶態(tài)合金可以是二元、三元或多元合金，二元合金中加入適當(dāng)?shù)钠渌爻３Ｄ軌蛱岣吆辖鸬姆蔷Щ芰Γ?例如 Pd82 Si18 形成臨界冷卻速率約為 105 K/s，加入 Cu 后Pd77 Cu6 Si17 約在 102 K/s 冷卻速率下就可以形成幾毫米粗的非晶絲。原子半徑小的元素如 Be，P， B， C 及 VI~VIII 族過渡金屬元素等是大體積非晶態(tài)合金的重要組成部分。 92 4．石英光導(dǎo)纖維 值得提及的是石英光導(dǎo)纖維，石英光導(dǎo)纖維也是非晶體材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)光性。 光導(dǎo)纖維除以 SiO2 為主、添加少量 GeO2 等的 石英氧化物光纖 外， 還有 SiO2–CaO–Na2O， SiO2–B2O3–Na2O 等 氧化物光導(dǎo)纖維 以及 ZrF4–LaF3–BaF4 等 氟化物光導(dǎo)纖維 等。固體內(nèi)部粒子與其周圍的粒子之間有較強(qiáng)的吸引力，而且各個方向受力較均勻；但表面的粒子則不同，表面外沒有與表面內(nèi)所處情況相同的相鄰粒子，因此固體表面層粒子受力不均勻，有剩余的吸引力，這使固體表面具有吸附能力。相同質(zhì)量的固體物質(zhì)，顆粒越小，表面積越大，吸附能力也越大。 三、固體吸附劑 95 固體吸附劑的種類很多，比如活性炭 (AC)、活性炭纖維 (ACF)等，它們有很多的微孔和巨大的比表面積?；钚蕴吭诨罨^程中，能在表面非結(jié)晶部分形成一些含氧官能團(tuán)，如 羧基 (－ COOH)、 羥基 (－ OH)、 羰基 (－ CO－ )?；钚蕴坷w維是近年發(fā)展起來的新型固體吸附劑，比活性炭有更大的比表面積，常做成毛氈形，可操作性更好，它在工業(yè)溶劑回收、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面應(yīng)用效果很好。其組成通式可表示為Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]分子篩的骨架一般由 SiO4 和 A1O4 四面體結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成，再以不同方式連接成立體的網(wǎng)狀骨架。 A型分子篩的結(jié)構(gòu) 分子篩 98 分子篩產(chǎn)品 4A分子篩 是一種堿金屬硅鋁酸鹽，能吸附臨界直徑不大于 4 197。它可吸附 H2O、 NH H2S、 SO CO C2H5OH、C2H C2H C3H6 等。 應(yīng)用領(lǐng)域 ： 石油化工 、藥品包裝、電子工業(yè)家用冷凍系統(tǒng) 涂料及塑料系統(tǒng) 例如： 4A分子篩 淄博迅達(dá)化工有限公司 99 人類在一系列社會活動中產(chǎn)生了不再具有原使用價值而被丟棄的固態(tài)物質(zhì)稱為 固體廢棄物 。全世界每年產(chǎn)生的廢棄物超過 100 億噸。它 占用大面積土地 ；重金屬滲入土壤被植物吸收，再通過食物鏈富集進(jìn)人人體內(nèi)引起 中毒 ；有機(jī)固體廢棄物腐爛 滋生病菌 ，成為疾病感染源。 對于量大、面廣的生活垃圾和生物質(zhì)，有的采用衛(wèi)生填埋處理，大部分可通過化學(xué)或生物技術(shù)處理，使其轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)。 CH4 等氣體可用作能源，腐殖質(zhì)是改善土質(zhì)的必需物質(zhì)。 固體廢棄物的 再生化、資源化 103 投料 焚燒 鍋爐 焚燒垃圾發(fā)電 104 近年來，對難降解的塑料等合成高分子固體廢棄物（如廢舊輪胎）進(jìn)行熱分解的研究進(jìn)展很快。產(chǎn)物可以制成液體燃料、活性炭等而被利用，達(dá)到變廢為寶的目的。 2．理解溶液的蒸氣壓降低、凝固點(diǎn)下降、沸點(diǎn)上升和產(chǎn)生滲透壓的原因，了解稀溶液依數(shù)性定量計算公式的適用條件和應(yīng)用實(shí)例。 4．能聯(lián)系實(shí)例指出表面活性物質(zhì)的類型及親水基團(tuán)、憎水基團(tuán)的組成，掌握十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸鈉、平平加型和OP 型等表面活性物質(zhì)的化學(xué)式，理解潤濕、滲透、增溶、膠束、發(fā)泡、消泡等概念，了解 W／ O， O／ W 表示的意義，了解 HLB 值的概念及應(yīng)用。了解液晶材料的應(yīng)用。液體沒有固定的形狀，具有流動性。 107 一、 水的性質(zhì)和應(yīng)用 水分子中，氫、氧原子以共價鍵相結(jié)合， O–H 鍵長為 0. 09572 nm， ∠ HOH 為 104. 52176。 氣相水的結(jié)構(gòu) 四面體形 電荷分布體系 OHδ δ δ + δ + 2 9 6 p m5 5o水的氣態(tài)二聚體 108 水分子的結(jié)構(gòu)和水分子間的氫鍵作用決定了水具有許多特殊性質(zhì)。 水的團(tuán)簇結(jié)構(gòu) O H氫鍵 110 水在 4℃ 時密度最大。隨著溫度升高，冰熔化，這種“冰山”結(jié)構(gòu)塌陷，水分子排列變得更緊密，在 4℃時達(dá)到極值，此時密度最大，出現(xiàn)所謂的“冷脹熱縮”現(xiàn)象。但水分子間的氫鍵在加熱、磁場等條件下將被破壞，從而降低了締合度。物質(zhì)一般在熱水中的溶解度大，熱水洗滌效果好；熱茶較冷水解渴等都與水的締合度降低或被解除有關(guān)。 112 表 2. 7 不同水樣的電導(dǎo)率 水樣 電導(dǎo)率／ S實(shí)際應(yīng)用的水中常含有可溶性電解質(zhì)使其導(dǎo)電能力增大。 表 2. 7列出了常見水樣的電導(dǎo)率，其單位為西門子 m–1） 水的導(dǎo)電性 113 升華熱 51 kJmol–1 比熱大 76 J K–1 蒸發(fā)熱大 kJdm–3 左右。dm–3 時， 水會發(fā)生解離： 其 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) （俗稱 離子積 ，）用 Kθw表示 () 式中 cθ 為標(biāo)準(zhǔn)濃度 cθ = 1. 00 mol ]/)OH([]/)H([ θθθw ccccK ?? ??25℃ 時水的 Kwθ = 1. 00 10–14 Kwθ 值隨溫度的升高而增大，在 0℃ ， 35℃ ， 50℃ 時，分別為 1. 14 10–15， 2. 06 10–14 和 5. 35 10–14。 50℃ 時，水的 Kwθ=5. 35 10–14，由于 c(H+) = c (OH–) 所以 c(H+) = (5. 35 10–14)1/2 dm–3 = 2. 31 10–7 moldm–3／ 1. 00 mol飽和蒸氣壓 溫度關(guān)系線稱作飽和蒸氣壓曲線，也叫氣液（固）平衡線，它表達(dá)了飽和蒸氣壓與溫度之間具有一一對應(yīng)關(guān)系。 119 表 2. 8 不同溫度時水和冰的飽和蒸氣壓 水 冰 溫度 ／ ℃ 飽和蒸氣壓 ／ kPa 溫度 ／ ℃ 飽和蒸氣壓 ／ kPa 溫度 ／ ℃ 飽和蒸氣壓 ／ kPa –15 0. 191 20 2. 339 – 30 0. 038 – 10 0. 286 25 3. 167 – 25 0. 064 – 5 0. 421 30 4. 242 – 20 0. 104 0. 01 0. 611 35 5. 624 – 15 0. 166 5 0. 872 100 101. 325 – 10 0. 260 10 1. 228 374 22 040 – 5 0. 402 15 1. 705 0. 01 0. 611 120 當(dāng)一種難揮發(fā)的溶質(zhì)溶解于溶劑后，溶液表面的溶劑分子數(shù)目由于溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的存在而減少，使相同溫度下溶液蒸發(fā)出的溶劑分子數(shù)目比純?nèi)軇┮?，即溶液的蒸氣?(如圖 217中的 bb’線所示 )比純?nèi)軇┑恼魵鈮?(如圖 217中的 aa’線所示 )低。這是由于它們的強(qiáng)吸水性使其在空氣中易潮解成飽和水溶液，因蒸氣壓比空氣中水蒸氣的壓力小，從而使空氣中的水蒸氣不斷凝結(jié)進(jìn)人“溶液”。可見： a 點(diǎn) (0. 01℃ ， 0. 611 kPa)純水和冰的蒸氣壓相等，此時達(dá)到冰、水和水蒸氣三相平衡， 0. 01℃ 即為水的凝固點(diǎn)；水溶液中由于加入了溶質(zhì)而蒸氣壓降低，溶液蒸氣壓曲線與冰的蒸氣壓曲線相交于 b 點(diǎn)，這是溶液的凝固點(diǎn)。難揮發(fā)物質(zhì)溶液的凝固點(diǎn)總是低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)。kg–1， 例如 l kg水中溶解了 62 g 乙二醇 [C2H4(OH)2]，其質(zhì)量摩爾濃度是 1 mol 凝固點(diǎn)下降的定量關(guān)系 126 表 2. 9 一些溶劑的凝固點(diǎn)下降常數(shù)和沸點(diǎn)升高常數(shù) 溶劑 凝固點(diǎn) ／ ℃ Kf / Kmol–1 沸點(diǎn) ／ ℃ Kb / Kmol–1 醋酸 17 3. 9 118. 1 2. 93 苯 5. 4 5. 12 80. 2 2. 53 氯仿 – 63. 5 4. 68 61. 2 3. 63 萘 80. 0 6. 8 / / 水 0. 01 1. 86 100. 0 0. 51 127 3．溶液的沸點(diǎn)升高 當(dāng)液體的蒸氣壓等于外界壓力時，液體就沸騰，這時的溫度稱為該壓力下的 沸點(diǎn) 。水中加入難揮發(fā)性溶質(zhì)后，由于溶液的蒸氣壓降低，只有在更高的溫度下才能使它的蒸氣壓達(dá)到101. 325 kPa 而沸騰。難揮發(fā)物質(zhì)溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)。kg–1， Kb 為沸點(diǎn)升高常數(shù)，它取決于純?nèi)軇┑奶匦远c 溶質(zhì) 特性無關(guān)。 純水 半透膜 П= cB R T 溶液 130 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓與溶液的 體積摩爾濃度 及熱力學(xué)溫度成正比。 t Hoff)，提出了稀溶液的滲透壓與溫度和溶質(zhì)濃度的關(guān)系式： 131 滲透壓具有重要的生物學(xué)意義，它是引起水在生物體中運(yùn)動的重要推動力。dm–3溶液的滲透壓為 248 kPa，數(shù)值相當(dāng)可觀。人體血液平均的滲透壓約為 760 kPa，臨床上使用 0. 90% 的生理鹽水和 5% 葡萄糖溶液等等滲溶液，就是為了保持人體處于正常的滲透壓范圍，否則會導(dǎo)致溶血等嚴(yán)重后果。它為海水淡化和環(huán)境保護(hù)中的廢水處理提供了一個重要方法。除核燃料外，一般燃料分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料三大類。燃料是當(dāng)今世界的主要能源。 三、液體燃料 135 液體燃料 一般由石油經(jīng)過蒸餾分離并精制得到（汽油沸點(diǎn)范圍約為 30～ 200℃ 、煤油 140～ 280℃ 和柴油200～ 33