無機(jī)非金屬(硅酸鹽)材料的化學(xué)成分及檢測(一)
一、概述
什么是無機(jī)非金屬材料
無機(jī)非金屬材料,是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。是除有機(jī)高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。無機(jī)非金屬材料的提法是20世紀(jì)40年代以后,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅酸鹽材料演變而來的。無機(jī)非金屬材料是與有機(jī)高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。
無機(jī)材料大多數(shù)是金屬和非金屬的含氧酸鹽及氧化物的水化物前者為硅酸鹽、硅鋁酸鹽等等;后者多為鋁礬土等。其主要化學(xué)元素有鈣、鋁、鎂、硅、鉀等元素的氧化物。
二、無機(jī)非金屬材料的分類
無機(jī)材料大多數(shù)是金屬和非金屬的含氧酸鹽及氧化物的水化物前者為硅酸鹽、硅鋁酸鹽等等;后者多為鋁礬土等。其主要化學(xué)元素有鈣、鋁、鎂、硅、鉀等元素的氧化物。
鈣:在自然界中各種形態(tài)的化合物存在,鈣在地殼中的含量占3.3%之多,在自然界匯總主要以碳酸鹽和硫酸鹽的形式存在,如石灰石、石膏等。
煅燒CaCO3可以得到生石灰即氧化鈣,遇水又生成熟石灰,放出大量的熱且體積膨脹。碳酸鈣不溶于水但是在水中游CO2時,碳酸鈣可以溶解成酸式碳酸鈣,其反應(yīng)時:
CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2
鋁:在自然界匯總的分布位居第四位,在地殼中含量占8%主要以鋁硅酸鹽的形態(tài)存在,如各種黏土、云母、高嶺土等等。其鋁鹽和氨或堿溶液作用時,生成凝膠狀水合氫氧化鋁。通常以這種形式表征:
Al3++3OH-→Al(OH)3↓
氫氧化鋁沉淀是一種兩性氫氧化物,即能溶于酸又能溶于堿。
鎂:在自然界中絕大數(shù)以碳酸鎂和氧化鎂的形態(tài)存在,如菱鎂礦。煅燒菱鎂礦所得氧化鎂的熔點(diǎn)高,可達(dá)3000攝氏度,用以制造耐火材料等制品:
MgCO3→MgO+CO2↑
煅燒后氧化鎂對水是非常惰性的,與堿作用可生成氫氧化物。在工業(yè)上可以利用氧化鎂的不容性,來去除溶液中的鎂離子。
硅:是組成礦物和巖石的主要成分元素。其在低溫條件下不活潑,但卻能和強(qiáng)氧化劑和強(qiáng)堿反應(yīng),其反應(yīng)為:
Si+2OH-+H2O→SiO22-+2H2↑
硅在高溫下與鹵素反應(yīng)生成具有揮發(fā)性的四鹵化物和二氧化硅。二氧化硅在自然界中廣泛分布在石英礦中,石英石天然二氧化硅晶體。
無機(jī)非金屬材料被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域,如陶瓷、玻璃、耐火材料等等,可見了解和掌握非金屬材料的相關(guān)知識和性能對研究非金屬材料是十分必要的。
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