單質氮在常況下是一種無色無臭的氣體(共38張PPT)

氮第1頁，共38頁。單質氮在常況下是一種無色無臭的氣體，在標準情況下的氣體密度是1.25g·dm-32。氮單質的物理性質第2頁，共38頁。氮氣分子的分子軌道式為:(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(π2py)2(π2pz)2(σ2px)2,對成鍵有貢獻的是三對電子，即形成兩個π鍵和一個σ鍵。由于N2分子中存在叁鍵N≡N，所以N2分子具有很大的穩(wěn)定性，將它分解為原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的雙原子分子中最穩(wěn)定的。

單質氮的結構第3頁，共38頁。工業(yè)制氮工業(yè)上一般將空氣液化后分離出氮氣第4頁，共38頁。加熱亞硝酸銨的溶液：NH4NO2(aq)→N2↑+2H2O亞硝酸鈉與氯化銨的飽和溶液相互作用：NH4Cl+NaNO2→NaCl+2H2O+N2↑將氨通過紅熱的氧化銅:2NH3+3CuO→3Cu+3H2O+N2↑氨與溴水的反應：8NH3+3Br2(aq)→6NH4Br+N2↑重鉻酸銨加熱分解：(NH4)2Cr2O7→Cr2O3+4H2O+N2↑實驗室制氮法第5頁，共38頁。氮的氧化數分析第6頁，共38頁。第7頁，共38頁。疊氮化合物是疊氮酸(HN3)的衍生物,它們的分子特征是含有疊氮基(-N3)

根據Panling的經典電負性概念,疊氮基團的電負性是2.95和3.18,與氯的電負性3.0相接近.因此早期的疊氮化合物的分類都是以傳統(tǒng)的類鹵化物的概念,根據電離度來劃分疊氮化合物.分類離子疊氮化合物(NaN3)共價鍵疊氮化合物(IN3)疊氮配位化合物(Na2[Sn(N3)6])重金屬疊氮化合物(Pb(N3)2)化學鍵結構不同

第8頁，共38頁。疊氮化合物的分子結構與價鍵

具有共價鍵的

有機疊氮化合物組測定晶體結構的物理方法分子軌道理論早期對-N3基團的研究提出兩種結構式具有對稱性疊氮基團在某種程度上有離子結合的無機疊氮化合物組第9頁，共38頁。建議：氮化硅的合成方法只能選擇性的講兩種，其它的只能介紹方法的原理（一句代過，否則來不及的！汽車發(fā)動機上的元件,包括渦輪增壓器上的輪子、燃燒室、搖臂、噴嘴等。（2）在免疫系統(tǒng)中的作用研究結果表明，NO可以產生于人體內多種細胞。LICVD法的關鍵,是選用對激光束波長產生強吸收的反應氣體作為反應源。還能對質量較差的硅片起到表而和體內鈍化作用.三個N原子上電子云是均勻分布的8nm時折射率在1.使用制備時一定要注意安全有些疊氮化合物-N3基團系不對稱線性鏈狀結構.亞硝酸鈉與氯化銨的飽和溶液相互作用：由于反應中心區(qū)域與反應器之間被原料氣隔離,污染小,能夠獲得穩(wěn)定質量的粉體。LICVD法的關鍵,是選用對激光束波長產生強吸收的反應氣體作為反應源。將SiO2的細粉與碳粉混合后,通過熱還原首先生成SiO2,然后SiO2再被氮化生成塊狀的氮化硅。這預示著這種方法還有進一步發(fā)展?jié)摿?。?）在免疫系統(tǒng)中的作用研究結果表明，NO可以產生于人體內多種細胞。由于反應中心區(qū)域與反應器之間被原料氣隔離,污染小,能夠獲得穩(wěn)定質量的粉體。25之間)和化學性能.氮化硅微粉的制備方法物(Na2[Sn(N3)6])疊氮化合物的分子結構與價鍵LICVD法的關鍵,是選用對激光束波長產生強吸收的反應氣體作為反應源。改進：把SiCl4用N2稀釋后通入液氨中進行反應,反應熱可由氨蒸發(fā)的潛熱吸收掉。將氨通過紅熱的氧化銅:如在618KPa和0℃下反應生成的,在1200~1500℃下加熱得到的氮化硅粒子均勻,大小為0.這是當時世界上最大規(guī)模生產氮化硅粉末的生產線,它的生產能力相當于1990年日本國內氮化硅的總消耗量。三個N原子上電子云是均勻分布的建議：氮化硅的合成方法只能選擇性的講兩種，其它的只能介紹方法的原理（一句代過，否則來不及的！具有對稱性疊氮基團在某種程度上有離子結合的無機疊氮化合物組通常離子型無機疊氮化合物的結構分析研究較多,一般認為-N3基團結構如同二氧化碳(O=C=O)的一樣,屬于對稱線性結構

三個N原子上電子云是均勻分布的有些疊氮化合物-N3基團系不對稱線性鏈狀結構.以HN3為例其典型的結構為第10頁，共38頁。第11頁，共38頁。從上表可知：NA-NB介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間,NB-NC介于碳碳雙鍵和碳碳叁鍵之間第12頁，共38頁。大多數疊氮化合物極其不穩(wěn)定、易爆炸使用制備時一定要注意安全第13頁，共38頁。氮化硅氮化硅的性能及應用氮化硅微粉的制備方法

第14頁，共38頁。氮化硅的性能及應用

氮化硅纖維

氮化硅薄膜

納米氮化硅

氮化硅基陶瓷

第15頁，共38頁。Si3N4的結構原子晶體熔點：1878。C原子晶體空間網狀第16頁，共38頁。氮化硅基陶瓷1密度和熱膨脹系數小、

2硬度大、

3彈性模量高

4熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和電絕緣性

5好耐腐蝕、抗氧化,

6表面摩擦系數小等

1成本較高

2質量保證缺乏可靠

3抗機械沖擊強度低

4易發(fā)生脆性斷裂優(yōu)點缺點第17頁，共38頁。汽車發(fā)動機上的元件,包括渦輪增壓器上的輪子、燃燒室、搖臂、噴嘴等。陶瓷發(fā)動機可以明顯改善發(fā)動機性能。用氮化硅制成的渦輪輪子,轉動慣量可減少40%,增壓響應時間快30%,并明顯改善了低速時的加速度。

氮化硅的高溫結構性能也擴大了其使用范圍,增加了惡劣環(huán)境下的使用壽命。用于刀具、球磨軸承、泵封材料和其他耐磨器件的材料等。

氮化硅基陶瓷用途第18頁，共38頁。優(yōu)越的力學性能良好的耐熱沖擊性高耐氧化性高絕緣性良好的彈性模量氮化硅纖維金屬陶瓷基復合材料的增張材料；防熱功能復合材料的制備。應用第19頁，共38頁。作為減反射膜.氮化硅不僅有著極好的光學性能(入=632.8nm時折射率在1.8-2.5之間.而最理想的封裝太陽電池減反射膜折射率在2.1-2.25之間)和化學性能.還能對質量較差的硅片起到表而和體內鈍化作用.提高電池的短路電流。因此.采用氮化硅薄膜作為晶體硅太陽電池的減反射膜己經成為光伏學界的研究熱點。

氮化硅薄膜第20頁，共38頁。納米氮化硅粉體添加到立體光造型樹脂中，能夠有效降低固化體積收縮率，提高零件的力學性能和熱穩(wěn)定性。納米氮化硅復合樹脂基木滿足立體光（？）造型要求。納米氮化硅第21頁，共38頁。硅粉直接氮化法

SiO2還原氮化法

液相法

氣相法

氮化硅微粉的制備方法第22頁，共38頁。用化學純的硅粉(粒徑<10μm、純度至少在95%以上),在NH3,N2+H2或N2氣氛中直接與氮反應實現原理硅粉直接氮化法

為什么要限制硅粉的粒徑和純度？第23頁，共38頁。改進：用Mg還原得到的納米尺寸的硅,可以在較低的溫度(1150℃)下氮化,得到的氮化硅無須碾磨,細度在0.1~0.3μm之間。這預示著這種方法還有進一步發(fā)展?jié)摿Α?/p>

優(yōu)點：工藝流程簡單,成本低。缺點：反應慢,故需較高的反應溫度和較長的反應時間,粒徑分布較寬,而且產物是塊狀的需要進一步經過粉碎、磨細和純化才能達到質量要求。第24頁，共38頁。將SiO2的細粉與碳粉混合后,通過熱還原首先生成SiO2,然后SiO2再被氮化生成塊狀的氮化硅?？偟幕瘜W反應式為

SiO2還原氮化法

原理第25頁，共38頁。特點：原料來源豐富,反應產物是疏松粉末,毋需粉碎處理,從而避免了雜質的重新引入,氮化硅粉末粒型規(guī)整,粒度分布窄。含量高,但含碳和氧高,必須想辦法除去多余的部分。

第26頁，共38頁。液相法的化學反應式如下

液相法

原理第27頁，共38頁。2利用溶于有機溶劑中(如芳香族溶劑,該溶劑不溶于液氨),反應時在界面進行,生成的沉淀析出,而副產物NH4Cl溶于液氨中,得到的NH4Cl過濾洗凈后加熱產生氮化硅Q1如何控制反應速度？2如何除凈副產物A1降低反應溫度和稀釋反應物濃度第28頁，共38頁。優(yōu)點：純度高、粒徑微細且均勻。

日本UBE公司用此法早己在1992就建成了年產300t的生產線。這是當時世界上最大規(guī)模生產氮化硅粉末的生產線,它的生產能力相當于1990年日本國內氮化硅的總消耗量。改進：把SiCl4用N2稀釋后通入液氨中進行反應,反應熱可由氨蒸發(fā)的潛熱吸收掉。如在618KPa和0℃下反應生成的,在1200~1500℃下加熱得到的氮化硅粒子均勻,大小為0.12~0.13mm。由于去掉了有機溶劑,所以產物純度更高,并且降低了成本。第29頁，共38頁。原理氣相法

與氣體可以直接在高溫下反應生產氮化硅,副產物首先是,其在高溫下很快升華分解。化學反應式為特點：由于是氣相反應,反應時氣流易控制,產物純度高、超細。現在該方法已經發(fā)展到采用激光及等離子作為熱源進行加熱合成。

第30頁，共38頁。LICVD(激光誘導氣相沉積)法利用反應氣體分子對特定波長激光束的吸收而產生熱解或化學反應,經過核生長形成微粉。整個過程基本上還是一個熱化學反應和形核生長的過程。加熱速率快,高溫駐留時間短,迅速冷卻,可以獲得均勻超細、最低顆粒尺寸小于10nm的粉體。由于反應中心區(qū)域與反應器之間被原料氣隔離,污染小,能夠獲得穩(wěn)定質量的粉體。LICVD法的關鍵,是選用對激光束波長產生強吸收的反應氣體作為反應源。

激光法？第31頁，共38頁。等離子法特點：高溫、急劇升溫和快速冷卻。是制備超細陶瓷粉體的常用手段。等離子氣相合成法分為直流等離子體法(DC法)、高頻等離子體法(RF法)和復合等離子體法。DC法由于電極間電弧產生高溫,在反應氣體等離子化的同時,電極會熔化或蒸發(fā)而污染反應產物。RF法主要缺點在于能量利用率低,穩(wěn)定性差。復合等離子法則采用DC法和RF法二者合一的方法,利用二者相互補充來制備陶瓷粉體。第32頁，共38頁?？偨Y從產品質量高、成本低和生產規(guī)模大等幾個基本原則去加以綜合考慮。從目前國內外的研究和應用情況看,硅粉直接氮化的氣-固相反應是比較成熟的工藝。但其產品質量受到一定的局限。液相反應法近年來發(fā)展較快,國外已建立了工業(yè)規(guī)模的氮化硅粉體生產線,但從總體上看仍存在一些技術問題和進一步降低成本的問題。各種氣相反應法均能制得高質量的氮化硅粉末,但它們的生產成本還比較高,激光法和等離子體法的生產規(guī)模還相對較小,僅適宜應用在某些特殊領域。第33頁，共38頁。氮在生活中的應用第34頁，共38頁。NO的理化常數國標編號23009CAS號10102-43-9中文名稱一氧化氮英文名稱netrogenmonoxide;nitricoxide別

名氧化氮分子式NO外觀與性狀無色氣體分子量30.01沸

點-151℃熔

點-163.6℃

溶解性微溶于水密

度相對密度(水=1)1.27/-151℃穩(wěn)定性不穩(wěn)定危險標記6(有毒氣體)主要用途制硝酸、人造絲漂白劑、丙烯及二甲醚的安定劑第35頁，共38頁。一氧化氮與人體生物功能NO生物活性的發(fā)現

NO的生物學作用NO的化學行為

（1）在心血管系統(tǒng)中的作用NO在維持血管張力的恒定和調節(jié)血壓的穩(wěn)定性中起著重要作用。

（2）在免疫系統(tǒng)中的作用研究結果表明，NO可以產生于人體內多種細胞。