3.4無(wú)機(jī)非金屬材料的組成與結(jié)構(gòu)3.4.1材料的一般分類(lèi)材料無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料Fe、Cu、Al、合金等

高分子材料：塑料、橡膠、纖維、涂料、粘合劑傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料水泥玻璃陶瓷等發(fā)光材料等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷光導(dǎo)纖維一.傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料---硅酸鹽材料

以含硅物質(zhì)為原料經(jīng)加熱制成的制造工業(yè)-硅酸鹽工業(yè)

2、玻璃3、陶瓷4、耐火材料

1、水泥水泥玻璃陶瓷主要原料主要設(shè)備反應(yīng)條件反應(yīng)原理主要成分特性水泥、玻璃、陶瓷生產(chǎn)比較石灰石.粘土回轉(zhuǎn)爐高溫復(fù)雜的物理、化學(xué)變化3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3水硬性石英.純堿石灰石玻璃熔爐高溫Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2Na2SiO3CaSiO3SiO2玻璃態(tài)物質(zhì)粘土陶瓷窯高溫復(fù)雜的物理化學(xué)變化成分復(fù)雜抗氧化.酸堿.腐蝕耐高溫.絕緣7.陶瓷主要種類(lèi)：土器：磚瓦(自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多)(淋水冷卻，F(xiàn)e3O4、FeO較多)陶器：彩陶瓷器：碗盤(pán)茶具炻器：水缸、砂鍋②搪瓷不屬于陶瓷紅瓦青瓦

西周原始瓷尊唐三彩騎駝人俑唐三彩紅立馬課堂練習(xí)1.下列物質(zhì)：①水泥②玻璃③陶瓷④水晶，其中屬于硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品的是(

)A只有①②B只有②④C全部D只有①②③D2.在玻璃、水泥工業(yè)生產(chǎn)中，都需要的原料是（）。Ａ．石灰石Ｂ．純堿

Ｃ．粘土Ｄ．石英A3.下列物質(zhì)屬于純凈物的是①水玻璃②水泥③玻璃④漂白粉⑤膽礬⑥氯水⑦液氯()A、①④

B、①⑤C、①⑤⑥

D、⑤⑦D4.與鋼化玻璃成分相同的是()A有色玻璃B普通玻璃

C石英玻璃D光學(xué)玻璃B5.熔融燒堿應(yīng)選用的儀器是：（）

A、石英坩堝B、普通玻璃坩堝C、生鐵坩堝D、陶瓷坩堝C(一)新型無(wú)機(jī)非金屬材料1．傳統(tǒng)的硅酸鹽材料有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？

優(yōu)點(diǎn)：抗腐蝕、耐高溫；缺點(diǎn)：質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊。

2．新型無(wú)機(jī)非金屬材料有哪些特性？

①承受高溫，強(qiáng)度高。

②具有光學(xué)特性。③具有電學(xué)特性。

④具有生物功能。

2、新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性1.能承受高溫、強(qiáng)度高。例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高溫下，仍具有很高的強(qiáng)度，可用來(lái)制造汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等。2.具有電學(xué)特性，一些新型無(wú)機(jī)非金屬材料可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。3.具有光學(xué)特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過(guò)可見(jiàn)光，有的能使紅外線(xiàn)、雷達(dá)射線(xiàn)穿過(guò)。處于高溫下的光導(dǎo)纖維4.具有生物特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無(wú)毒、不溶于水，對(duì)人體組織有較好的適應(yīng)性，可直接植入人體內(nèi)，用這類(lèi)材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應(yīng)用在醫(yī)療上。人造關(guān)節(jié)兩種新型無(wú)機(jī)非金屬材料簡(jiǎn)介1、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷

a.氧化鋁陶瓷高壓鈉燈氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷（人造剛玉）主要特性①高熔點(diǎn)；②高硬度；③可制成透明陶瓷；④無(wú)毒、不溶于水，強(qiáng)度高；⑤對(duì)人體有較好的適應(yīng)性

主要用途高級(jí)耐火材料，剛玉球磨機(jī)；高壓鈉燈的燈管、人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造關(guān)節(jié)等b.氮化硅陶瓷主要特性①超硬度，耐磨損；②抗腐蝕，高溫時(shí)也抗氧化；③抗冷熱沖擊而不碎裂；④耐高溫且不易傳熱；⑤本身具有潤(rùn)滑性

主要用途制造軸承、汽輪機(jī)葉片、機(jī)械密封環(huán)、永久性模具等機(jī)械構(gòu)件。用于制造柴油機(jī)中發(fā)動(dòng)機(jī)部件的受熱面等陶瓷軸承陶瓷機(jī)械零件B、光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維（二氧化硅）主要特性①抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；②通訊質(zhì)量好；③質(zhì)量輕、耐腐蝕主要用途用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、遙測(cè)遙控等4、下列哪些材料是新型無(wú)機(jī)材料①氧化鋁陶瓷②氮化硅陶瓷③碳化硅陶瓷④氮化鋁陶瓷⑤氮化鈦陶瓷⑥硅化硼陶瓷⑦二硅化銅陶瓷()A①②③B①③④⑤C①⑤⑥D(zhuǎn)全部D無(wú)機(jī)非金屬材料組成與結(jié)構(gòu)3.4.23.4.2.1無(wú)機(jī)非金屬材料的組成與結(jié)合鍵結(jié)合鍵化學(xué)鍵物理鍵離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵氫鍵、范德華力鍵無(wú)機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)中，主要含有離子鍵、共價(jià)鍵和既含離子鍵又含共價(jià)鍵的混合價(jià)鍵。由此把晶體分成5種典型類(lèi)型：離子晶體、共價(jià)晶體（原子晶體）、金屬晶體、分子晶體、氫鍵晶體。NaCl晶體結(jié)構(gòu)中的離子鍵和晶胞結(jié)構(gòu)一、離子鍵1.離子鍵實(shí)質(zhì)

離子鍵：由正、負(fù)離子依靠靜電庫(kù)侖力而產(chǎn)生的鍵合。離子晶體：質(zhì)點(diǎn)之間主要依靠靜電庫(kù)侖力而結(jié)合的晶體。2.典型離子晶體：金屬元素同非金屬元素的化合物：LiF、NaCl、GaF2二元金屬氧化物：Na2O、BaO、MgO三元或多元化合物：鎂鋁尖晶石MgOAl2O3

鋯鈦酸鋁Pb2（ZrxTi1-x）O33.離子鍵特性（1）無(wú)方向性（2）無(wú)飽和性單質(zhì)Si：Si-Si鍵為共價(jià)鍵。1個(gè)4價(jià)Si原子，與其周?chē)?個(gè)Si原子共享最外層的電子，從而使每個(gè)Si原子最外層獲得8個(gè)電子。1對(duì)共有電子代表1個(gè)共價(jià)鍵，所以1個(gè)Si原子有4個(gè)共價(jià)鍵與鄰近4個(gè)Si原子結(jié)合，形成四面體結(jié)構(gòu)，其中共價(jià)鍵之間的夾角約為109°。單質(zhì)Si結(jié)構(gòu)中的共價(jià)鍵和晶胞結(jié)構(gòu)二、共價(jià)鍵1.共價(jià)鍵實(shí)質(zhì)

共價(jià)鍵：原子之間通過(guò)共用電子對(duì)或通過(guò)電子云重疊而產(chǎn)生的鍵合。共價(jià)晶體或原子晶體：靠共價(jià)鍵結(jié)合的晶體。

2.典型的共價(jià)晶體：第IV族元素C（金剛石），Si，Ge，Sn（灰錫）等的晶體，屬金剛石結(jié)構(gòu)。3.共價(jià)鍵特性

有飽和性有方向性3.4.2.2晶體結(jié)構(gòu)一、典型無(wú)機(jī)化合物晶體的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)7類(lèi)晶系(syngonies)、14種Bravais點(diǎn)陣SyngoniesAxes(a,b,c)Angles（α,β,γ）立方cubic

a=b=ca=b=g=900四方tetragonal

a=b≠cα=β=γ=900六方

hexagonal

a=b≠ca=b=900,g＝1200三方triagnoala=b=c(a=b≠c)a=b=g≠900(a=b=900,g＝1200)正交orthorhombica≠b≠cα=β=γ=900單斜monoclinica≠b≠cα=β=900≠γ三斜triclinica≠b≠cα≠β≠γ≠900

四面體空隙：在等大球體的最緊密堆積中,由4個(gè)球體所圍成的空隙。

八面體空隙:在等大球體的最緊密堆積中,把組成層間空隙的球心連起來(lái),由6個(gè)球體所圍成的空隙。

四面體空隙和八面體空隙fccfccbccbcc金剛石結(jié)構(gòu)石墨結(jié)構(gòu)NaCl型結(jié)構(gòu)CsCl型結(jié)構(gòu)閃鋅礦型結(jié)構(gòu)纖鋅礦型結(jié)構(gòu)螢石型結(jié)構(gòu)金紅石型結(jié)構(gòu)碘化鎘型結(jié)構(gòu)十.剛玉型結(jié)構(gòu)十一.鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)十二.尖晶石型結(jié)構(gòu)一、典型無(wú)機(jī)化合物晶體的結(jié)構(gòu)一、金剛石結(jié)構(gòu)化學(xué)式C；晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系Fd3m，面心立方格子，a0＝0.356nm；碳原子位于面心立方的所有結(jié)點(diǎn)位置和交替分布在立方體內(nèi)四個(gè)小立方體中心；每個(gè)晶胞中原子數(shù)Z＝8，每個(gè)碳原子周?chē)加?個(gè)碳，之間形成共價(jià)鍵。與其結(jié)構(gòu)相同的有硅、鍺、灰錫、合成立方氮化硼等性質(zhì)：硬度最大、具半導(dǎo)體性能、極好的導(dǎo)熱性二、石墨結(jié)構(gòu)石墨（C），六方晶系，P63／mmc，a0=0.146nm，c0=0.670nm，每個(gè)晶胞中原子數(shù)Z=4。結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為碳原子呈層狀排列。層內(nèi)碳原子呈六方環(huán)狀排列，每個(gè)碳原子與三個(gè)相鄰碳原子之間的距離均為0.142nm；層間距離為0.335nm。層內(nèi)為共價(jià)鍵，層間為分子鍵相連。三、NaCl型結(jié)構(gòu)石鹽化學(xué)式NaCl，立方晶系，F(xiàn)m3m，立方面心格子，a0＝0.563nm，單位晶胞中的“分子”數(shù)Z＝4。陰、陽(yáng)離子以離子鍵結(jié)合，為離子晶體。Cl-按立方最緊密堆積方式堆積，Na＋充填于全部八面體空隙中，八面體之間共棱（共用兩個(gè)頂點(diǎn)）連接，陰、陽(yáng)離子配位數(shù)均為6。四、CsCl型結(jié)構(gòu)立方晶系Pm3m空間群，a0＝0.411nm，Z＝1，立方原始格子，Cl-處于立方原始格子的八個(gè)角頂上，Cs＋位于立方體中心（立方體空隙），Cl-和Cs+的CN均為8。屬于CsCl型結(jié)構(gòu)的晶體：CsBr、CsI、NH4Cl等五、β－ZnS（閃鋅礦）型結(jié)構(gòu)立方晶系F3m，a0＝0.540nm，Z＝4，面心立方格子，S2-位于立方面心的結(jié)點(diǎn)位置，而Zn2+交錯(cuò)地分布于立方體內(nèi)的1/8小立方體的中心。陰、陽(yáng)離子的CN均為4，若把S2-看成立方最緊密堆積，則Zn2+充填于1/2的四面體空隙中。屬于閃鋅礦型結(jié)構(gòu)的晶體：-SiC,GaAs,AlP,InSb等六、α－ZnS（纖鋅礦）型結(jié)構(gòu)六方晶系,空間群P63mc，a0=0.382nm，c0=0.625nm，Z=2；陽(yáng)離子和陰離子的配位數(shù)都是4；S2-按六方最緊密堆積排列，Zn2+充填于1/2的四面體空隙中。屬于纖鋅礦型結(jié)構(gòu)的晶體有：BeO、ZnO、AIN等Z=6Z=2七、CaF2（螢石）型結(jié)構(gòu)立方晶系，空間群Fm3m，a0=0.545nm，Z＝4；Ca2+位于立方面心的結(jié)點(diǎn)上，F(xiàn)-位于立方體內(nèi)八個(gè)小立方體中心；Ca2+的CN＝8，F(xiàn)-的CN＝4；Ca2+作立方緊密堆積，F(xiàn)-充填于全部四面體空隙，八面體空隙全部空著，因此在八個(gè)F-之間存在有較大的空洞，為F-的擴(kuò)散提供條件。類(lèi)似晶體：BaF2、PbF2、SnF2、CeO2、ThO2、UO2等反螢石結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)與螢石完全相同，只是陰、陽(yáng)離子位置完全互換。如Li2O、Na2O、K2O等。八、TiO2（金紅石）型結(jié)構(gòu)四方晶系，P42/mnm，a0=0.459nm，c0=0.296nm，Z=2；Ti4+位于四方原始格子結(jié)點(diǎn)位置，體中心Ti4+不屬此四方原始格子，而自成另一套四方原始格子，因?yàn)檫@兩個(gè)Ti4+周?chē)h(huán)境不同，不能成為四方體心格子，O2-處于特定位置；

Ti4+的配位數(shù)為6，O2-的配位數(shù)為3。Ti-O八面體以共棱方式排成鏈狀，晶胞中心的鏈和四角的Ti－O八面體鏈的排列方向相差90°

鏈與鏈之間是Ti-O八面體以共頂相連還可以把O2-看成近似六方緊密堆積，而Ti4+位于1/2的八面體空隙中屬于金紅石結(jié)構(gòu)的晶體有：SnO2；PbO2；MnO2；MoO2；WO2；MnF2；MgF2；VO2九、CdI2（碘化鎘）型結(jié)構(gòu)三方晶系，空間群Pm，a0=0.424nm，c0=0.684nm，Z=1；Cd2+占有六方原始格子的結(jié)點(diǎn)位置，I-交叉分布于三個(gè)Cd2+的三角形中心的上、下方；Cd2+的配位數(shù)是6，上下各3個(gè)I-

，I-配位數(shù)是3，3個(gè)Cd2+處于同一邊，因此，該結(jié)構(gòu)相當(dāng)于兩層I-離子夾一層Cd2+

，構(gòu)成復(fù)合層。層間由范德華力相連，是一種較典型的層狀結(jié)構(gòu)，層間范德華力較弱，而呈現(xiàn)∥（0001）的解理；層內(nèi)則由于極化作用，Cd－I之間是具有離子鍵性質(zhì)的共價(jià)鍵，鍵力較強(qiáng)。類(lèi)似晶體有：Ca（OH）2；Mg（OH）2；CaI2；MgI2等。Cd2+I-十、α－Al2O3（剛玉）型結(jié)構(gòu)三方晶系，空間群，a0=0.517nm，=55°17′，Z=2O2-按六方緊密堆積排列，形成ABABAB……重復(fù)規(guī)律，Al3+填充于2/3的八面體空隙，Al3+的分布原則符合鮑林規(guī)則：在同一層和層與層之間，Al3+之間的距離應(yīng)保持最遠(yuǎn)。α－Al2O3中的氧與鋁的排列次序可寫(xiě)成：

OAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEOBAlFOAAlD……13層屬于剛玉型結(jié)構(gòu)的晶體：

α－Fe2O3、Cr2O3、Ti2O3、V2O3、FeTiO3

；MgTiO3等十一、CaTiO3（鈣鈦礦）型結(jié)構(gòu)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的通式為ABO3，其中A代表二價(jià)（或一價(jià)）金屬離子：Ca2+,Ba2+,Pb2+，B代表四價(jià)（或五價(jià)）金屬離子：Ti4+,Zr4+。CaTiO3在高溫時(shí)為立方晶系（理想結(jié)構(gòu)），Pm3m，a0＝0.385nm，Z＝1；600℃以下為斜方晶系PCmm。Ca2+占有立方面心的角頂位置，O2-占有面心位置，可看成Ca2+

和O2-

共同組成立方緊密堆積，Ti4+充填于1/4的八面體空隙中，位于立方體中心，Ti4+

的CN＝6，Ca2+的CN＝12。十二、MgAl2O4（尖晶石）型結(jié)構(gòu)AB2O4型化合物中最重要的一種結(jié)構(gòu)是尖晶石結(jié)構(gòu)：立方晶系，F(xiàn)d3m，a0=0.808nm，Z=8O2-按立方緊密堆積排列，二價(jià)離子A充填1/8四面體空隙，三價(jià)離子B充填1/2八面體空隙——正型尖晶石結(jié)構(gòu)。八面體間共棱相連，八面體與四面體間是共頂相連。反型尖晶石結(jié)構(gòu)：二價(jià)陽(yáng)離子充填八面體空隙，三價(jià)陽(yáng)離子一半充填四面體空隙，另一半充填八面體空隙中。二、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（一）硅酸鹽晶體的表示法

氧化物方法無(wú)機(jī)絡(luò)鹽表示法氧化物方法：即把構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫(xiě)出來(lái)，先是1價(jià)的堿金屬氧化物，其次是2價(jià)、3價(jià)的金屬氧化物，最后是SiO2。例如，鉀長(zhǎng)石的化學(xué)式寫(xiě)為K2O·Al2O3·6SiO2；無(wú)機(jī)絡(luò)鹽表示法：把構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有離子按照一定比例和順序全部寫(xiě)出來(lái)，再把相關(guān)的絡(luò)陰離子用[]括起來(lái)。先是1價(jià)、2價(jià)的金屬離子，其次是Al3+和Si4+，最后是O2-或OH—。如鉀長(zhǎng)石為K[AlSi3O8]。（二）硅酸鹽結(jié)構(gòu)基本特點(diǎn)（1）構(gòu)成硅酸鹽晶體的基本結(jié)構(gòu)單元[SiO4]四面體。Si-O-Si鍵是一條夾角不等的折線(xiàn)，一般在145o左右。（2）[SiO4]四面體的每個(gè)頂點(diǎn)，即O2-離子最多只能為兩個(gè)[SiO4]四面體所共用。（3）兩個(gè)相鄰的[SiO4]四面體之間只能共頂而不能共棱或共面連接。（4）[SiO4]四面體中心的Si4+離子可部分地被Al3+

所取代。[SiO4]的作用——鏈接。硅氧四面體[SiO4]硅酸鹽晶體化學(xué)式中不同的Si/O比對(duì)應(yīng)基本結(jié)構(gòu)單元之間的不同結(jié)合方式。X射線(xiàn)結(jié)構(gòu)分析表明，硅酸鹽晶體中[SiO4]四面體的結(jié)合方式有島狀、組群狀、鏈狀、層狀和架狀等五種方式。硅酸鹽晶體也分為相應(yīng)的五種類(lèi)型，其對(duì)應(yīng)的Si/O由1/4變化到1/2，結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜，見(jiàn)表1。（三）硅酸鹽結(jié)構(gòu)的分類(lèi)表1硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型與Si/O比的關(guān)系1.島狀結(jié)構(gòu)[SiO4]以孤島狀存在，各頂點(diǎn)之間互不連接，每個(gè)O2-一側(cè)與1個(gè)Si4+連接，另一側(cè)與其它金屬離子相配位使電價(jià)平衡。結(jié)構(gòu)中Si/O比為1:4。有：鋯石英Zr[SiO4]、鎂橄欖石Mg2[SiO4]、藍(lán)晶石Al2O3·SiO2、莫來(lái)石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中-C2S、-C2S和C3S等。2.組群狀2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)或6個(gè)[SiO4]通過(guò)橋氧相連接形成單獨(dú)硅氧絡(luò)陰離子團(tuán)（有限硅氧四面體群），它們之間再通過(guò)其它金屬離子連接。

（1）橋氧（或公共氧、非活性氧）：有限四面體群中連接兩個(gè)Si4+的氧，其電價(jià)已飽和，一般不再與其它正離子配位。（2）非橋氧（或非公共氧、活性氧）：只有一側(cè)與Si4+相連接的氧。概念：孤立的有限硅氧四面體群組群狀結(jié)構(gòu)中Si/O比：2:7或1:3雙四面體：硅鈣石Ca3[Si2O7]

鋁方柱石Ca2Al[AlSiO7]

鎂方柱石Ca2Mg[Si2O7]三節(jié)環(huán)：藍(lán)錐礦BaTi[Si3O9]六節(jié)環(huán)：綠寶石Be3Al2[Si6O18]3.鏈狀結(jié)構(gòu)

[SiO4]通過(guò)橋氧相連接，形成向一維方向無(wú)限延伸的鏈。依照[SiO4]共用O2-數(shù)目不同，分為單鏈和雙鏈。單鏈：每個(gè)[SiO4]通過(guò)共用2個(gè)頂點(diǎn)向一維方向無(wú)限延伸。雙鏈：兩條相同單鏈通過(guò)尚未共用的氧組成帶狀。（a）單鏈結(jié)構(gòu)；（b）雙鏈結(jié)構(gòu)；（c）（d）（e）為從箭頭方向觀察所得的投影4.層狀結(jié)構(gòu)每個(gè)[SiO4]通過(guò)3個(gè)橋氧連接，構(gòu)成向二維方向伸展的六節(jié)環(huán)狀硅氧層（無(wú)限硅氧四面體群），其中可取出一個(gè)矩形單元[Si4O10]4-，則化學(xué)式：[Si4O10]n4n-。層狀結(jié)構(gòu)硅氧四面體

（a）立體圖（b）投影圖5.架狀結(jié)構(gòu)架狀結(jié)構(gòu)中硅氧四面體的每個(gè)頂點(diǎn)均為橋氧，硅氧四面體之間共頂連接，形成三維“骨架”結(jié)構(gòu)。作為骨架的硅氧結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)式為[SiO2]n，其中Si/O為1∶2。架狀玻璃相的作用：填充晶粒間隙、粘結(jié)晶粒，使材料致密。降低燒成溫度，改善工藝性能，抑制晶粒長(zhǎng)大。固體材料結(jié)構(gòu)

晶態(tài)：原子周期規(guī)整排列（長(zhǎng)程有序）

非晶態(tài)：原子無(wú)規(guī)則排列（短程有序）——玻璃和非金屬在各種無(wú)機(jī)材料中，一般都含有一定數(shù)量的玻璃相。3.4.2.3非晶體結(jié)構(gòu)玻璃的通性一、各向同性二、介穩(wěn)性四、由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)，物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性三、狀態(tài)轉(zhuǎn)化的漸變性和可逆性玻璃相的結(jié)構(gòu)——有多種結(jié)構(gòu)理論門(mén)捷列耶夫：與金屬合金類(lèi)似，沒(méi)有固定化學(xué)組成的無(wú)定形物質(zhì)。微晶子學(xué)說(shuō)哈里阿森:

無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)泰曼：過(guò)冷液體。索克曼：基本結(jié)構(gòu)單元是具有一定化學(xué)組成的分子聚合體。目前，微晶子學(xué)和無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)被人們普遍接受。一、微晶學(xué)說(shuō)前蘇聯(lián)學(xué)者列別捷夫1921年提出-實(shí)驗(yàn)依據(jù)1.折射率-溫度曲線(xiàn)學(xué)說(shuō)要點(diǎn)2.鈉硅雙組分玻璃的X射線(xiàn)散射強(qiáng)度曲線(xiàn)3.紅外反射光譜學(xué)說(shuō)要點(diǎn)：

玻璃由無(wú)數(shù)的“晶子”組成。所謂“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格變形的有序區(qū)域，它分散于無(wú)定形的介質(zhì)中，并且“晶子”到介質(zhì)的過(guò)渡是逐漸完成的，兩者之間無(wú)明顯界線(xiàn)。1、未加熱2、618℃保溫1小時(shí)3、800℃保溫10分鐘(670℃保溫20小時(shí))27Na2O－73SiO2的x射線(xiàn)散射強(qiáng)度曲線(xiàn)

第一峰：是石英玻璃衍射的主峰與晶體石英特征峰一致。第二峰：是Na2O-SiO2玻璃的衍射主峰與偏硅酸鈉晶體的特征峰一致。在鈉硅玻璃中，上述兩個(gè)峰均同出現(xiàn)。SiO2的含量增加，第一峰明顯，第二峰減弱；Na2O含量增加，第二峰強(qiáng)度增加。

鈉硅玻璃中同時(shí)存在方石英晶子和偏硅酸鈉晶子，而且隨成分和制備條件而變。提高溫度或保溫時(shí)間延長(zhǎng)衍射主峰清晰，強(qiáng)度增大，說(shuō)明晶子長(zhǎng)大。但玻璃中方石英晶子與方石英晶體相比有變形。結(jié)論二、無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)石英玻璃和石英晶體結(jié)構(gòu)模型[SiO4]有著嚴(yán)格的規(guī)則排列[SiO4]排列是無(wú)序的、缺乏對(duì)稱(chēng)性和周期性的重復(fù)。（b）石英玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（a）石英晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)石英晶體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖（a）所示，它是由硅氧四面體結(jié)構(gòu)單元無(wú)數(shù)次有規(guī)則的重復(fù)形成的，是長(zhǎng)程有序的結(jié)構(gòu)。石英玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖（b）所示，它的基本結(jié)構(gòu)單元也是硅氧四面體，但卻組成了無(wú)規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。1、實(shí)驗(yàn)依據(jù)（1）瓦倫對(duì)玻璃的x-衍射圖瓦倫認(rèn)為石英玻璃和方石英中原子間距大致一致。峰值的存在并不說(shuō)明晶體的存在。石英玻璃中沒(méi)有象硅膠一樣的小角度衍射，說(shuō)明它是一種密實(shí)體，結(jié)構(gòu)中沒(méi)有不連續(xù)的離子或空隙。實(shí)驗(yàn)表明：玻璃物質(zhì)主要部分不可能以方石英晶體的形式存在，而每個(gè)原子的周?chē)优湮粚?duì)玻璃和方石英來(lái)說(shuō)都是一樣的。

2、學(xué)說(shuō)要點(diǎn)：

(1)形成玻璃的物質(zhì)與相應(yīng)的晶體類(lèi)似，形成相似的三維空間網(wǎng)絡(luò)。

(2)這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體通過(guò)橋氧相連，向三維空間無(wú)規(guī)律的發(fā)展而構(gòu)筑起來(lái)的。

(3)電荷高的網(wǎng)絡(luò)形成離子位于多面體中心，半徑大的變性離子，在網(wǎng)絡(luò)空隙中統(tǒng)計(jì)分布，對(duì)于每一個(gè)變價(jià)離子則有一定的配位數(shù)。

(4)氧化物要形成玻璃必須具備四個(gè)條件：

A、每個(gè)O最多與兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成離子相連。

B、多面體中陽(yáng)離子的配位數(shù)≤4。

C、多面體共點(diǎn)而不共棱或共面。

D、多面體至少有3個(gè)角與其它相鄰多面體共用。兩大學(xué)說(shuō)對(duì)比：兩種假說(shuō)各具優(yōu)缺點(diǎn)，兩種觀點(diǎn)正在逐步靠近。統(tǒng)一的看法是——玻璃是具有近程有序、遠(yuǎn)程無(wú)序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的無(wú)定形物質(zhì)。

晶子假說(shuō)著重于玻璃結(jié)構(gòu)的微不均勻和有序性。

無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)著重于玻璃結(jié)構(gòu)的無(wú)序、連續(xù)、均勻和統(tǒng)計(jì)性。它們各自能解釋玻璃的一些性質(zhì)變化規(guī)律。碳化合物1.炭黑

各種炭黑的差異主要在表面積（或粒子大小）、聚集體形態(tài)、粒子和聚集體的質(zhì)量分布和化學(xué)組成等方面。

表面積用來(lái)鑒別和分類(lèi)命名炭黑的重要性質(zhì)之一。表面積用氣相或液相吸附法測(cè)得。最經(jīng)典的測(cè)定方法是低溫氮吸附法（即BET法）。由于氮分子相對(duì)較小,可進(jìn)入炭黑微孔之中，該法測(cè)得的結(jié)果表征炭黑的總表面積。近年來(lái)研究成功大分子吸附法（如CTAB），因大分子不能進(jìn)入微孔，其測(cè)定結(jié)果表征炭黑的外表面積，即“光滑”表面積。大多數(shù)橡膠用炭黑是無(wú)孔的,所以BET測(cè)定結(jié)果和CTAB測(cè)定結(jié)果是一致的。對(duì)某些色素用炭黑，這兩種表面積測(cè)定結(jié)果的差，即表征炭黑的粗糙度或孔隙度。另一種測(cè)定方法─吸碘法也廣泛用于生產(chǎn)控制和產(chǎn)品分類(lèi)，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單快速，但測(cè)定結(jié)果受炭黑表面氧化程度的影響。結(jié)構(gòu)炭黑的第二個(gè)重要性質(zhì)。炭黑的結(jié)構(gòu)取決于聚集體尺寸、形狀以及每個(gè)聚集體的粒子數(shù)和平均質(zhì)量。上述這些特性均影響聚集體的堆積狀態(tài)和粉末的空隙容積。通常，炭黑的結(jié)構(gòu)用DBP（dibutylphthalate，鄰苯二甲酸二丁酯）吸油值表示。炭黑在170MPa下壓縮4次后的DBP值，習(xí)慣上稱(chēng)為壓縮吸油值或24M4DBP值。壓縮吸油值更真實(shí)地反映炭黑聚集體在膠料中的狀態(tài)。2.石墨石墨是碳質(zhì)元素結(jié)晶礦物，它的結(jié)晶格架為六邊形層狀結(jié)構(gòu)。每一網(wǎng)層間的距離為3.40Å，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為1．42Å。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對(duì)分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。

性質(zhì)：

石墨質(zhì)軟，黑灰色；有油膩感，可污染紙張。硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至3～5。比重為1．9～2．3。比表面積范圍集中在1-20m2/g，在隔絕氧氣條件下，其熔點(diǎn)在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。它能導(dǎo)電、導(dǎo)熱。自然界中純凈的石墨是沒(méi)有的，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對(duì)石墨的分析，除測(cè)定固定碳含量外，還必須同時(shí)測(cè)定揮發(fā)分和灰分的含量。石墨由于其特殊結(jié)構(gòu)，而具有如下特殊性質(zhì)：

1）耐高溫型：石墨的熔點(diǎn)為3850±50℃，沸點(diǎn)為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強(qiáng)度隨溫度提高而加強(qiáng)，在2000℃時(shí)，石墨強(qiáng)度提高一倍。

2）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性：石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍。導(dǎo)熱性超過(guò)鋼、鐵、鉛等金屬材料。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠?qū)щ娛且驗(yàn)槭忻總€(gè)碳原子與其他碳原子只形成3個(gè)共價(jià)鍵,每個(gè)碳原子仍然保留1個(gè)自由電子來(lái)傳輸電荷。

3）潤(rùn)滑性：石墨的潤(rùn)滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤(rùn)滑性能越好。

4）化學(xué)穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機(jī)溶劑的腐蝕。

5）可塑性：石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。

6）抗熱震性：石墨在常溫下使用時(shí)能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時(shí)，石墨的體積變化不大，不會(huì)產(chǎn)生裂紋。3.碳纖維

碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類(lèi)似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，則構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，從這個(gè)意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景。

碳纖維是含碳量高于90％的無(wú)機(jī)高分子纖維。其中含碳量高于99％的稱(chēng)石墨纖維。碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高，無(wú)蠕變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線(xiàn)透過(guò)性好。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化，與金屬?gòu)?fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理。4.金剛石金剛石的化學(xué)式----N個(gè)C,金剛石是原子晶體,一塊金剛石是一個(gè)巨分子,N個(gè)C的聚合體.只能用它的結(jié)構(gòu)式表示.

金剛石礦物晶體構(gòu)造屬等軸晶系同極鍵四面體型構(gòu)造。碳原子位于四面體的角頂及中心，具有高度的對(duì)稱(chēng)性。單位晶胞中碳原子間以同極鍵相連結(jié)，距離為1.54?(10-10m）。常見(jiàn)晶形有八面體、菱形十二面體、立方體、四面體和六八面體等。金剛石莫氏硬度為10，顯微硬度為98654.9MPa（100060kg/mm2），絕對(duì)硬度大于石英的1000倍，大于剛玉的150倍。礦物性脆，貝殼狀或參差狀斷口，在不大的沖擊力下會(huì)沿晶體解理面裂開(kāi)，具有平行八面體的中等或完全解理，平行十二面體的不完全解理。礦物質(zhì)純，密度一般為3470-3560kg/m3。

摩氏硬度10，新摩氏硬度15，顯微硬度10000kg/mm2，顯微硬度比石英高1000倍，比剛玉高150倍。金剛石硬度具有方向性，八面體晶面硬度大于菱形十二面體晶面硬度，菱形十二面體晶面硬度大于六面體晶面硬度。依照摩氏硬度標(biāo)準(zhǔn)(Mohshardnessscale)共分10級(jí)，鉆石(金剛石)為最高級(jí)第10級(jí)；如小刀其硬度約為5.5、銅幣約為3.5至4、指甲約為2至3、玻璃硬度為6。等級(jí)1滑石等級(jí)2石膏等級(jí)3方解石等級(jí)4螢石等級(jí)5磷灰石等級(jí)6正長(zhǎng)石等級(jí)7石英等級(jí)8黃玉

等級(jí)9剛玉等級(jí)10鉆石金剛石的光學(xué)性質(zhì)

(1)光學(xué)鑒定之亮度（Brilliance）金剛石因?yàn)榫哂袠O高的反射率，其反射臨界角較小，全反射的范圍寬，光容易發(fā)生全反射，反射光量大，從而產(chǎn)生很高的亮度。

(2)閃爍（Scintillation）金剛石的閃爍就是閃光，即當(dāng)金剛石或者光源、觀察者相對(duì)移動(dòng)時(shí)其表面對(duì)于白光的反射和閃光。無(wú)色透明、結(jié)晶良好的八面體或者曲面體聚形鉆石，即使不加切磨也可展露良好的閃爍光。

(3)色