化学与材料.ppt
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化学与材料.ppt
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第二节化学与材料,原始人居住的洞,以下是社会发展中人类住所的变化图,请注意它们各自的构成材料。
用茅草搭起来的房屋,用木头造的房屋,用石头砌起来的房屋,高楼大厦,现代居室,材料是人类社会发展的里程碑。
化学为人类提供更丰富的材料。
材料的应用和发展与人类文明的进步紧密相关。
人们对材料的认识、制造和利用,经历了从天然材料到人工合成材料、为特定需求设计材料的发展过程。
讨论:
厨房材料有哪些?
自来水管:
水槽、水龙头:
橱窗:
墙壁:
抽油烟机外壳:
橱门外层:
桌台面:
复合材料,镀锌管不锈钢玻璃瓷砖塑料涂料、漆人造大理石,一、金属材料,纯金属,合金,金属材料应用,1、主要金属材料的使用史,青铜器时代:
青铜,铁器时代:
生铁和钢,近现代:
铝,铝的利用要比铜和铁晚得多,那仅仅是100多年前的事情。
现在世界上铝的年产量已超过了铜,位于铁之后,居第二位。
铝有较好的延展性可制成0.01mm的铝箔,用于包装香烟、糖果;铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能,铝及其合金在电线电缆工业、飞机、汽车等制造业有广泛的用途,铝合金门窗,铝合金用途,我们发现在金属利用的过程中,首先利用青铜,然后开始使用铁及钢制品,到近现代才开始利用铝制品。
请你思考一下:
金属的利用顺序与那些因素有关?
1、与金属活动性顺序有关。
Cu、Fe、Al的金属活动性依次增强,活动性弱的金属,被先利用。
2、与冶炼金属工艺的难易程度有关。
Al需要电解,冶炼要求最高,所以后利用。
2、几种新型合金,钛合金,储氢合金,“形状记忆”合金,钛合金,储氢合金,记忆合金,钛合金与人体有很好的“相容性”,因此可用来制造人造骨。
钛和钛合金被认为是21世纪的重要材料,它具有很多优良的性能,如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。
尤其是抗腐蚀性能非常好,即使把它们放在海水中数年,取出后仍光亮如新,其抗腐蚀性能远优于不锈钢,因此被广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通讯设备等,
(1)新型合金钛合金(未来的金属),
(2)新型合金储氢合金(会“呼吸”的金属),重要应用:
方便地储存、释放氢气。
(可以贮存比其本身体积大10001300倍的氢),储氢合金可用于以H2为燃料的汽车,(3)新型合金:
形状记忆合金(“永不忘本”的神奇金属),形状记忆合金材料是一种新型的功能材料,其特点是:
在一定的外力作用下可以改变其形态(形状和体积),但当温度升高到某一定值时,它又可完全恢复原来的形态。
“形状记忆”合金用途,全程Ti-Ni记忆合金花,形状记忆合金被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线,水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关,以及牙齿矫正等医疗材料。
形状记忆合金的用途,在航空上的应用月球上的“奇葩”,在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线,然后把它揉成直径5厘米以下的小团,放入阿波罗11号的舱内,在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。
这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。
用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线,“形状记忆”合金在医疗临床上的应用,(a)预压缩,(b)受热扩张后,(c)植入腔道内效果,医用腔内支架的应用原理示意,使病人手术的愈合期也大大缩短。
消化道内支架,胆道内支架,血管内支架,二、无机非金属材料,在我们周围的环境中,有哪些无机非金属材料?
它们有哪些用途?
二、无机非金属材料,无机非金属材料,传统无机非金属材料(砖瓦、陶瓷、水泥、玻璃),新型无机非金属材料(高温陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、光导纤维等),陶瓷在我国有悠久的历史,在新石器时代,我们的祖先就已能制造陶器,到唐宋时期,制造水平已经很高,唐朝时的“唐三彩”,宋朝时的“钧瓷”等闻名于世,流传至今。
陶瓷的制造是人类材料发展史上第一次重大突破。
作为陶瓷的故乡,我国陶都宜兴的陶器和瓷都景德镇的瓷器,在世界上都享有盛誉。
1、陶瓷,古代的陶器,新石器时代马家窑文化螺旋纹彩陶双耳瓮,新石器时代半坡文化陶俑壶,秦兵马俑是陶制品,古代的瓷器,清光绪青花云纹瓶,唐骆驼载乐俑,北宋白釉刻花梅瓶,现代日常生活中的陶瓷器制品,陶瓷器制造过程示意图(制造陶瓷器的主要原料是黏土),2、水泥,水泥是非常重要的建筑材料,高楼大厦和各种建筑工程都离不开它。
水泥厂,3、玻璃,玻璃是我们每天都可以见到的一种硅酸盐材料,一般住宅的窗玻璃就是最常见的玻璃,被称为普通玻璃。
还有有色玻璃、钢化玻璃、特殊玻璃。
钾玻璃,质坚,主要用于雕刻玻璃,工艺装饰品,玻璃,玻璃包括普通玻璃(钠玻璃)、有色玻璃、钢化玻璃、特殊玻璃。
传统无机非金属材料具有_、_等许多优点,但也有_、_等弱点。
抗腐蚀,耐高温,质脆,经不起热冲击,小结:
氮化硅(Si3N4)陶瓷在1200左右的高温下,仍具有很高的强度,可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。
高强度陶瓷,新型无机非金属材料:
新型陶瓷,高温陶瓷氧化铝陶瓷,高压钠灯,在空气中可耐受1980的高温,还可耐受酸、碱等化学物质的侵蚀,新型陶瓷生物陶瓷,据新华社墨西哥城2004年1月20日电墨西哥科学院日前发表的一份材料说,该国科研人员经过10年的努力,成功开发出一种可供移植的新型陶瓷骨。
研究者强调说,这种陶瓷骨具有组织相容性和生物稳定性好等特点。
它不会导致排异反应,有利于诱导骨质的生长。
这种人工骨富含钙、锌,有利于手术后伤口皮肤更快愈合,陶瓷膝关节假体,陶瓷髋关节假体,某些新型陶瓷具有压电效应:
如安放在打火机中的压电陶瓷,一经敲打即刻产生一个电火花,将机械能转变成电能。
医用B超发生器的心脏也是一块压电陶瓷,它实现的却是一个逆向转换:
将电脉冲转变成机械振动,产生超声波。
光导纤维,新型无机非金属材料的特性,1、_2、_3、_4、_,能承受高温、强度高,具有电学特性,具有光学特性,具有生物功能,三、合成材料(有机合成材料),有机合成材料,塑料,合成橡胶,合成纤维,有机合成材料的诞生,结束了人类只能依靠天然材料的历史。
天然纤维,化学纤维,动物纤维:
蚕丝、羊毛等,植物纤维:
棉花、麻、稻草等,人造纤维:
粘胶丝(人造棉)、人造丝等,合成纤维:
锦纶、涤纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶等,1、纤维分类,
(一)纤维,2、合成纤维与人造纤维的区别:
(1)合成纤维:
不含纤维素。
用石油产品、煤、石灰石、水、空气等为原料,通过一系列化学反应制造而成,
(2)人造纤维:
含有纤维素。
利用竹、木材等经化学加工和纺织而制成的纤维,棉花纤维,羊毛纤维,合成纤维,几种纤维的性质比较实验,3.合成纤维的性能和用途:
性质:
具有强度高、耐磨、弹性好和耐化学腐蚀等优点,但吸水性和透气性不如天然纤维优良。
用途:
供人类穿着外在生产和国防上有很多用途。
涤纶,尼龙,腈纶,“神州”五号航天员穿的航天服,是用一种特殊的高强度涤纶制成的(头盔和手套除外),纺纶纤维织成的防弹衣腈纶,认识服装标签,一般包括服装的号型、面料的纤维种类及含量、洗涤熨烫说明等内容。
中温熨烫,
(二)塑料,聚乙烯(PE)聚氯乙烯(PVC)聚苯乙烯(PS)有机玻璃(PMMA)电木塑料(bakelite),常见塑料,聚乙烯(PE),无毒,化学稳定性好,适合做食品和药物的包装材料,保鲜膜,聚氯乙烯(PVC),化学稳定性好,耐酸碱腐蚀,在使用时会分解出对健康有害的物质而污染食品,不宜用于包装食品。
(使用时温度不宜超过60,在低温下会变硬),高温易变型,低温会变硬,有机玻璃,酚醛塑料(俗称电木)具有耐热性,简易鉴别聚乙烯与聚氯乙烯塑料的方法?
步骤:
各取一小块,点燃,观察燃烧情况及产生气体的气味,实验现象:
聚乙烯:
易燃烧,火焰上端黄色,下端蓝色,燃烧时有滴油现象,离开火源后不会熄灭。
聚氯乙烯:
不易燃烧,火焰呈黄色,边缘带绿色,冒黑烟,无滴油现象,有刺激性气味,离开火源后会熄灭。
合成材料的应用与发展大大方便了人类的生活,但是,合成材料的废弃物的急剧增加也带来了环境问题,废弃塑料带来的“白色污染”尤为严重。
所以我国从2008年6月1日起,将限制使用塑料袋,以减少污染和节约资源。
白色污染,1、白色污染的危害,
(1)在自然界中,这些垃圾难以分解。
填埋作业是目前处理城市垃圾的一个主要方法,但塑料垃圾埋在土壤中经久不烂,长此下去会破坏土壤结构,降低土壤肥效,污染地下水。
(2)焚烧废气物会释放出多种有毒的化学气体,严重污染环境,既威胁人类的健康,又影响市容面貌。
2、白色污染的治理,
(1)减少使用不必要的塑料制品。
如用布袋代替塑料袋等;
(2)重复使用某些塑料制品。
如塑料袋、塑料盒等;(3)使用一些新型的、可降解的塑料。
如微生物降解和光降解塑料等;(4)回收各种废弃塑料。
可降解塑料的降解过程,塑料包装制品回收标志,(三)橡胶,天然橡胶,合成橡胶,合成橡胶的性能和用途:
它具有高弹性、绝缘性、耐高温或低温等性能,因而广泛应用于农业、国防、交通及日常生活中。
讨论:
橡胶,在日常生活有哪些应用,有哪些性质。
天然橡胶:
夏天易软化、冬天易发硬,橡胶产品,不同材料的性能,1、金属材料强度大,但不耐腐蚀。
2、陶瓷材料耐高温,但脆性大。
3、合成材料强度大、密度小,但不耐高温。
问题,在航天、航空工业需要密度小、耐高温、高强度的特殊材料,怎样才能获得呢?
四、复合材料,1定义:
是将两种或者两种以上的材料复合成一体而形成的材料,具有更优异的综合性能。
2主要几种复合材料
(1)钢筋混凝土:
钢筋(金属材料)和混凝土(无机非金属材料)的复合材料;
(2)机动车轮胎:
合金钢(金属材料)和合成橡胶(合成材料)的复合材料;(3)玻璃钢:
塑料(合成纤维)和玻璃纤维(无机非金属材料)的复合材料;(4)碳纤维,航空飞机各部分耐温图,隐形战斗机,表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料,固体火箭发动机复合材料喷管,汽车尾气催化净化器,玻璃钢,是玻璃纤维与一种或数种热固性或热塑性树脂(一种塑料)复合而成的材料,3、复合材料的性能及用途,性能:
具有强度高、密度小、耐高温、耐腐蚀等优异性能。
用途:
广泛应用在宇航工业、汽车工业、机械工业、体育用品甚至人类健康等方面。
练习,1、用羟基磷酸钙为原料生产的陶瓷与人骨的生物相容性非常好,可用于制造人工骨,人工关节及人造假牙。
已知PO4为-3价,关于羟基磷酸钙的化学式正确的是()A.Ca5(OH)2(PO4)3B.Ca4(OH)(PO4)3C.Ca5(OH)(PO4)3D.Ca4(OH)3(PO4)2,C,根据化合物化合价代数和为零52+1(-1)+3(-3)=0,2、纳米(nm)是一种长度单位,1nm=10-9m,纳米科技开辟了人类认识世界的新层面。
纳米材料科技是纳米科技最基本的组成部分,把固体物质加工到纳米级(1nm100nm)的超细粉末,即可得到纳米材料。
这种加工过程属于()A、物理变化B、化学变化C、既有物理变化又有化学变化D、既不是物理变化又不是化学变化,3、人类使用金属的历史,由早到晚的顺序正确的是()A、铁铜铝B、铜铝铁C、铜铁铝D、铁铝铜,A,C,4、下图是某服装标签的部分说明。
下列说法正确的是()A、该服装布料的成分是纯棉B、该服装面料具有防火功能C、该服装面料的透气性较好D、该服装面料成分都属于合成纤维,合格证品名:
夹克号型:
175/92A面料:
尼龙18.5%棉81.5%等级:
合格品,C,5、下列生活用品由有机合成材料制成的是()A、尼龙袜子B、砂锅C、铁锅D、瓷碗,6、要解决“白色污染”问题,下列方法不可行的是()A、尽可能减少使用塑料制品B、回收废旧塑料C、研制和推广使用在自然条件下容易分解的新型塑料D、禁止使用任何塑料制品,7、有这样一幅彩图:
把一个装有小鸟的笼子浸入鱼缸中,让小鸟与笼外的小鱼“共同生活在一起”。
制作这个笼子的材料是用碳及碳的化合物合成的,你认为这个笼子的材料必须具有的性能是()。
A、透气、隔水B透气、透水C透水、隔气D隔气、隔水,A,D,A,再见,该课件来源于网上,有改动,
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