第五章1节概述.ppt

* 第5章 化学与材料 5.1 化学与金属材料 5.2 化学与无机非金属材料 5.3 化学与有机高分子材料 5.4 化学与复合材料 材料(material)：经过某种加工后具有一 定组成，结构和性能，适合于某种用途的物质。 人类使用材料的历史经历了七个年代： 公元前10万年 石器时代 公元前3000年 青铜器时代 公元前1000年 铁器时代 公元前0年 水泥时代 1800年 钢时代 1950年 硅时代 1990年 新材料时代 从性能上可分为： 结构材料:具有一定强度、韧性和塑性等 力学性能的材料。 功能材料:具有电、磁、光、声和热等特 殊效应和功能的材料。 从组成上可分为：金属材料、无机非金属 材料、有机高分子材料和复合材料等。 5.1 化学与金属材料 5.1.1 金属材料概论 5.1.2 合金 5.1.3 稀土金属 5.1.4 新型金属材料 5.1.1 金属材料概论 金属材料(metallic material):由金属元素或以金属元素为主的合金形成的具有金属性质的材料。 人类使用金属已 有5000多年的历史。 在已命名的109种化学 元素中，有87种属于 金属元素。 化学元素在地壳(地球表面下16km厚的岩石层)中的含量称为丰度。丰度可用质量分数表示，也可用原子分数表示。 地壳中某些元素的丰度 元素 O Si Al Fe Ca Na K Mg w% 47.2 27.6 8.80 5.1 3.6 2.64 2.60 2.10 我国钨、锌、锑、锂、稀土元素等含量占世界首位，铜、锡、铅、汞、镍、钛、钼等储量也居世界前列。 金属元素分类 金 属 黑色金属：Fe，Cr，Mn 有 色 金 属 重有色金属：Cu，Co，Ni，Pb，Zn，Cd， Hg，Sn，Sb，Bi 轻有色金属：Al，Mg，Ca，Ba，K，Na 贵金属：Ag，Au，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt 轻稀有金属：Li，Be，Rb，Cs，Sr 难熔金属：Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta， Mo， W，Re 稀土金属：Sc，Y，Ln（镧系元素） 稀散金属：Ga，In，Tl，Ge 放射性金属：U，Ra，Ac，Th，Pa，Po 稀 有 金 属 金属的物理性质 除汞以外,所有金属都是固体,金属的晶 体结构决定金属具有以下共性: (1) 具有金属光泽; (2) 具有良好的导电性和导热性; (3) 具有良好的延展性; (4) 具有磁、光、热等物理特性。 金属的化学性质 金属容易与氧、水、酸、碱反应，失去电 子形成正离子或金属氧化物,表现为还原性： 与氧作用 mM + O2 → MmOn (2) 与水作用 M + nH2O → M(OH)n + H2(g) 与酸作用 金属与酸的作用通常用金属活动序来判 断。易钝化金属如Al、 Cr 、Fe等在浓酸中也 很稳定。溶解W用HNO3—HF混合酸，溶解 Pt、Au需用王水，Nb、Ta、Rh、Os、Ir等王水也不溶。 与碱作用 能与碱作用的金属主要有Zn，Be，Al，Ga，In，Ge，Sn等,如: Zn+2OH-+2H2O → [Zn(OH)4]2-+H2 5.1.2 合金 合金(alloy):由两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特征的物质。 合金可分为三种基本类型： (1) 固溶体合金(solid solution