建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)宏觀地，物質(zhì)表現(xiàn)為三種狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。

微觀地，物質(zhì)分為兩種狀態(tài)：無(wú)序態(tài)、有序態(tài)。1、物質(zhì)的狀態(tài)第二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)典型的無(wú)序態(tài)是理想氣體，分子間沒(méi)有任何相互作用。

在恒溫下把壓力逐步增加，分子間距離減小，相互作用增大，逐步從氣態(tài)過(guò)渡到液態(tài)，此過(guò)程是連續(xù)的，說(shuō)明液體就像氣體一樣，具有無(wú)序結(jié)構(gòu)，只是密度較高。1、物質(zhì)的狀態(tài)無(wú)序態(tài)第三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)可以將液體比喻為口袋里一個(gè)緊挨一個(gè)地堆疊在一起的小彈子。

用彈子堆積模型可以說(shuō)明液體的流動(dòng)性。如果分子間滑動(dòng)很容易，液體的流動(dòng)性就很大，即粘滯性小，如水、乙醇。

對(duì)于一定的液體，當(dāng)溫度下降時(shí)，粘滯度就連續(xù)地增大，如某種輕油，在高溫時(shí)粘滯性不大，在常溫下變成稠密的油，在0℃以下就像柔軟的脂肪，在-30℃以下就像樹(shù)脂。1、物質(zhì)的狀態(tài)無(wú)序態(tài)第四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)普通玻璃在高溫（800℃）時(shí)是一種很稠的液體，冷卻時(shí)呈現(xiàn)柔軟糊狀，常溫時(shí)為堅(jiān)硬的固體。

對(duì)于玻璃這樣的物質(zhì)，溫度的改變使液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，但不出現(xiàn)任何物理性質(zhì)的不連續(xù)性，說(shuō)明原子結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生根本的變化，屬于無(wú)定形固體，可以稱(chēng)為凝結(jié)的液體。其無(wú)序態(tài)表現(xiàn)為長(zhǎng)程無(wú)序（兩分子間相距n個(gè)（n>5）分子直徑）、短程有序（小于5~10個(gè)分子直徑）。1、物質(zhì)的狀態(tài)無(wú)序態(tài)第五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)大部分固體與液體之間的轉(zhuǎn)變都是不連續(xù)的。例如，常壓下水在0℃以下是固態(tài)（冰），在0℃以上是液態(tài)，伴隨不連續(xù)的狀態(tài)改變會(huì)有體積和熱現(xiàn)象變化。這種固體是真正的固體（結(jié)晶固體）。

平衡相圖給出了與壓力有關(guān)的狀態(tài)改變溫度，其中平衡曲線(xiàn)將圖分為有序態(tài)、無(wú)序態(tài)兩個(gè)區(qū)域，平衡曲線(xiàn)代表不連續(xù)的基本線(xiàn)，跨越這條線(xiàn)時(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)要起根本的變化。1、物質(zhì)的狀態(tài)有序態(tài)第六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)通過(guò)壓縮可以將一組松散的分子逐漸過(guò)渡到密集的分子，但仍然保持長(zhǎng)程無(wú)序，只能通過(guò)不連續(xù)的轉(zhuǎn)變，才能向有序過(guò)渡。

例如，不能通過(guò)撥弄就把一堆石塊變成排列很好的金字塔或整齊的石砌路面，而應(yīng)該從已經(jīng)按所選擇的圖案排列好的一小組石塊著手，在其外圍按規(guī)則添加石塊，使這個(gè)“胚芽”增長(zhǎng)。1、物質(zhì)的狀態(tài)有序態(tài)第七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日第八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)完全無(wú)序（理想氣體）、完全有序（結(jié)晶固體）建立結(jié)構(gòu)模型相對(duì)較簡(jiǎn)單，而對(duì)于部分有序（液體），計(jì)算將變得很復(fù)雜。

在液體的無(wú)序結(jié)構(gòu)中存在短程有序。真實(shí)的結(jié)晶固體也不是完全有序的，里面會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則、不完整、缺陷等一些無(wú)序性。還存在一些實(shí)際結(jié)構(gòu)介于有序與無(wú)序之間的物質(zhì)，如高聚物、人體組織、液晶等。1、物質(zhì)的狀態(tài)有序與無(wú)序之間第九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日第十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

固體具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不能流動(dòng)、具有確定的形狀和體積、具有反抗切應(yīng)力的剛性。2、晶體固體外觀表現(xiàn)為連續(xù)剛體，實(shí)際上是由大量分立的原子所組成。固體的宏觀性質(zhì)是這些粒子之間的相互作用和集體運(yùn)動(dòng)的總表現(xiàn)。固體中原子、電子的相互作用集中反映在化學(xué)鍵上。第十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體例如，各向異性的材料如石墨、輝銅礦，常常是硬度低而熔點(diǎn)高，這似乎違背了硬度與晶格能之間的正比關(guān)系，其原因在于：硬度、解理性這樣一些力學(xué)性質(zhì)是取決于物質(zhì)中存在的化學(xué)鍵的最弱的那部分鍵；而固體的熔點(diǎn)、化學(xué)反應(yīng)性則取決于化學(xué)鍵中的最強(qiáng)的鍵。第十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)固體分為晶體、非晶體，這是按固體材料中原子排列的不同而劃分的。兩者的根本區(qū)別在于：非晶體具有長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的特點(diǎn)，且非晶體處于熱力學(xué)的亞穩(wěn)態(tài)。2、晶體晶體的宏觀特性：均勻性（如密度、硬度等在晶體各部位是相同的）、物理性質(zhì)的各向異性（如電導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、折光率、強(qiáng)度等在不同方向上有差異）、規(guī)則的多面體外形、有固定的熔點(diǎn)、衍射效應(yīng)。第十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)給定組分的非晶態(tài)比相應(yīng)的晶態(tài)具有更高的能量，在一定溫度（晶化溫度）下，非晶態(tài)固體會(huì)自發(fā)地向晶態(tài)轉(zhuǎn)化，以處于穩(wěn)定性更高的晶體狀態(tài)。由非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變，需要克服一定的勢(shì)壘，因此非晶態(tài)在常溫下具有穩(wěn)定性。2、晶體在材料的研磨、破碎、沖擊等過(guò)程中，機(jī)械能會(huì)造成晶體材料的非晶化，其機(jī)理可能是晶體中產(chǎn)生大量缺陷達(dá)到一定程度，使晶體失去長(zhǎng)程有序性。第十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)當(dāng)溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等條件變動(dòng)時(shí)，固體的特性或結(jié)構(gòu)在一定的關(guān)鍵點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生突變，稱(chēng)為固態(tài)相變。例如，溫度變化時(shí)，水變成冰、冰變成水；鐵合金被淬火或退火處理后，性能可顯著改變；錫器在低溫下自發(fā)毀壞（舊稱(chēng)錫病）。2、晶體各種相變的本質(zhì)都是有序與無(wú)序之間的變化。相互作用是有序的起因，熱運(yùn)動(dòng)是無(wú)序的源泉。當(dāng)物質(zhì)粒子的某種相互作用的能量可以和kT（k是玻耳仔曼常數(shù)，T是熱力學(xué)溫度）相比時(shí)，物質(zhì)的宏觀狀態(tài)就可能發(fā)生突變。第十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)在英語(yǔ)中，材料表示用什么制的（makeof），而原料則表示由什么制成的（makefrom）。材料在制品中殘留其形態(tài)，而原料則不然。原料其功能屬于化學(xué)，在使用過(guò)程中自身消失；材料的功能屬物理，在使用中保持原狀。2、晶體例如，在制造單晶硅的過(guò)程中，首先將原料硅砂（SiO2）變成高純度硅粉，這是化學(xué)過(guò)程——物質(zhì)在分子水平上相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程；然后制得高純度的單晶硅，最后得到產(chǎn)品硅片，這是材料過(guò)程——根據(jù)需要確定產(chǎn)品的形態(tài)、物性等。第十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體1、陶瓷法在恒溫的條件下，利用固態(tài)原料化合物的反應(yīng)來(lái)制備材料的方法，稱(chēng)為陶瓷法，也稱(chēng)固態(tài)反應(yīng)法。晶體材料的制備第十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體1、陶瓷法制備多晶形固體最廣泛采用固態(tài)反應(yīng)法，其原料也是一些固體的晶體物質(zhì)，它們相互混合，通過(guò)接觸的界面發(fā)生離子的自擴(kuò)散和互擴(kuò)散，或原有化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成及新物相的生成，晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，這種變化向固體原料內(nèi)部或深度擴(kuò)散，導(dǎo)致了一種新多晶材料的生成。晶體材料的制備第十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體1、陶瓷法在一般的外界條件（如溫度、濕度、壓力等）和時(shí)間范圍內(nèi)，固體通常不易發(fā)生反應(yīng)，只有在一定的較強(qiáng)烈的反應(yīng)條件下（如加熱至1000~2000℃），固體反應(yīng)才會(huì)有顯著的速率。對(duì)于陶瓷法，動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)都極為重要，熱力學(xué)通過(guò)考慮一個(gè)特定反應(yīng)的吉布斯自由能變化來(lái)判斷該反應(yīng)能否發(fā)生，而動(dòng)力學(xué)決定反應(yīng)進(jìn)行的速度。晶體材料的制備第十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體1、陶瓷法陶瓷法的缺點(diǎn)：（1）反應(yīng)只能在相界面進(jìn)行，隨后的擴(kuò)散過(guò)程也十分困難；（2）反應(yīng)最終得到的往往是反應(yīng)物和產(chǎn)物的混合體系，極難分離或提純；（3）即使反應(yīng)進(jìn)行得再完全，也很難得到一個(gè)純相的體系；（4）存在反應(yīng)容器污染產(chǎn)物的問(wèn)題。晶體材料的制備第二十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法化學(xué)法能夠制備陶瓷法難以得到的高純和均相的材料，并且能夠在較低的溫度條件下，采取較容易的方法來(lái)制備所需的材料。常用的化學(xué)法包括：前身物法、局部氧化還原法、局部離子交換法。晶體材料的制備第二十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（1）前身物法要在較短的時(shí)間里和較低的溫度下進(jìn)行固態(tài)反應(yīng)并得到均勻的產(chǎn)物，最好使反應(yīng)物能達(dá)到原子級(jí)水平上的混合，即制備一個(gè)有確定反應(yīng)物比例的單相（單一的化合物），這種固態(tài)的相稱(chēng)為前身物，它們?cè)诩訜嶂蟊愠蔀樗璧哪康漠a(chǎn)物。晶體材料的制備第二十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（1）前身物法例如：制備尖晶石型的鐵氧化物ZnFe2O4，可以用鋅和鐵的可溶性硝酸鹽作為反應(yīng)物，以1:2的摩爾比溶解在水中，將溶液加熱，加入草酸，使鋅和鐵的草酸鹽逐漸共沉淀在一起，形成固溶體前身物，將沉淀濾出，以1000℃焙燒，得到產(chǎn)物。Fe2[(COO)2]3+Zn(COO)2→ZnFe2O4+4CO↑+4CO2↑晶體材料的制備第二十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（2）局部氧化還原法某些晶體具有一定程度的結(jié)構(gòu)開(kāi)放性，能允許一些外來(lái)的原子或離子擴(kuò)散進(jìn)入或逸出晶體結(jié)構(gòu)，使原有晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，生成新的晶體材料。材料制備化學(xué)采用插層反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)原子或離子進(jìn)入晶體結(jié)構(gòu)。晶體材料的制備第二十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（2）局部氧化還原法例如：具有層狀或鏈狀結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物或硫化物MXn（M=過(guò)渡金屬，X=O，S），能夠在室溫條件下與鋰或其他的堿金屬離子發(fā)生插層反應(yīng)，生成還原相AxMXn（A=Li，Na，K），作為離子-電子混合導(dǎo)電材料。晶體材料的制備第二十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（3）局部離子交換法對(duì)于具有一定程度的結(jié)構(gòu)開(kāi)放性的晶體，使外來(lái)的原子或離子進(jìn)入或逸出晶體結(jié)構(gòu)的另一類(lèi)方法是局部離子交換法。一些具有層狀或三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)固體，如β-Al2O3，鈉離子能在其中的層里快速移動(dòng)，這種快陽(yáng)離子導(dǎo)體是優(yōu)良的離子交換劑，其中的鈉離子能被H3O+、NH4+等一價(jià)和二價(jià)的陽(yáng)離子所取代。晶體材料的制備第二十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（4）化學(xué)氣相沉積法在氣相中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的固體產(chǎn)物沉積于襯底上，這種制備方法稱(chēng)為化學(xué)氣相沉積法（CVD）。

化學(xué)氣相沉積法的優(yōu)點(diǎn)：能制備幾乎任何形態(tài)的固體材料；產(chǎn)物的形成不受動(dòng)力學(xué)因素和擴(kuò)散的制約，可以在相對(duì)低的溫度條件下進(jìn)行固體合成；產(chǎn)物的均勻程度和化學(xué)計(jì)量容易控制；能實(shí)現(xiàn)摻雜劑濃度的控制。晶體材料的制備第二十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（4）化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法廣泛用于各類(lèi)多晶材料和無(wú)定形材料的制備，以及單晶薄膜的生長(zhǎng)。目前，化學(xué)氣相沉積法在制備超導(dǎo)和磁性材料方面特別有用。如制備超導(dǎo)體Nb3Sn：使Ar氣載帶Cl2氣通過(guò)金屬Sn（800℃）和Nb（900℃），使它們分別生成SnCl4和NbCl4蒸氣，蒸氣繼續(xù)被Ar氣載帶到金屬Nb絲上，在那里與被Ar氣載帶的H2氣發(fā)生反應(yīng)，使在Nb絲表面上沉積和生長(zhǎng)出Nb3Sn的單晶層。晶體材料的制備第二十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（5）其他方法高壓法：相對(duì)于陶瓷法，高壓法是通過(guò)提高外加的靜壓力來(lái)加速固相間的反應(yīng)。高壓高溫反應(yīng)可以制備一些有優(yōu)異性能的材料、自然界并不存在的新相和新物質(zhì)。自從1955年GE公司合成人工鉆石之后，采取高壓法進(jìn)行固體合成取得了很大成功。高壓合成的實(shí)驗(yàn)設(shè)備根據(jù)壓力的范圍可以分為（1~10）×105kPa和（10~150）×105kPa兩種主要類(lèi)型。晶體材料的制備第二十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（5）其他方法水熱法：高壓合成的實(shí)驗(yàn)設(shè)備在（1~10）×105kPa范圍內(nèi)經(jīng)常采用水熱法。它是使水處于高壓的狀態(tài)下，且溫度高于水的正常沸點(diǎn)，水處于超臨界狀態(tài)，此時(shí)水不僅是傳遞壓力的介質(zhì)，而且起著溶劑的作用，反應(yīng)在液相或氣相中較固相更易進(jìn)行。水熱法是生長(zhǎng)單晶的一種有效方法。水熱法主要制備一些人工晶體、石英、云母、沸石、分子篩等。晶體材料的制備第三十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（5）其他方法電弧法：與陶瓷法相比，電弧法也是在相當(dāng)高的溫度下進(jìn)行的材料制備方法，所不同的是電弧法的制備反應(yīng)是在熔融狀態(tài)下進(jìn)行的。電弧法可用于高熔點(diǎn)晶體的生長(zhǎng)。一般用于合成的電弧是使高壓電流由鎢陰極通到石墨坩堝陽(yáng)極而產(chǎn)生的，原料放在坩堝內(nèi)。晶體材料的制備第三十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體2、化學(xué)法（5）其他方法渣殼熔煉法：渣殼熔煉法與電弧法類(lèi)似，也是基于熔融狀態(tài)下的反應(yīng)物比固態(tài)更易反應(yīng)的原理，差別在于產(chǎn)生熔體的熱源不同。渣殼熔煉法是通過(guò)射電頻率的電磁場(chǎng)來(lái)得到所需熔體的。渣殼熔煉法用于制備一些金屬氧化物和生長(zhǎng)它們的單晶體，如La2NiO4、Nd2NiO4。晶體材料的制備第三十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體尺寸介于原子（或分子）與凝聚物質(zhì)之間的微小聚集體或集合，顆粒尺寸在0.5~20nm，微集合包含1~500個(gè)原子。電弧等離子法已用于制備如鎢的碳化物（5~8nm）、硅的碳化物（10~20nm）之類(lèi)的陶瓷材料的微集合；溶膠-凝膠技術(shù)已用于制備兩相的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料，如Al2O3、SiO2、ZrO2與Cu、Pt、Sn、Ni，這類(lèi)干凝膠由微晶的或非晶陶瓷基體組成，金屬成分像小島一樣分散在里面。微晶材料處于<10-6m范圍，它們的制備技術(shù)包括：噴霧干燥、冷凍干燥、溶膠-凝膠、熱凝膠（高溫噴射）、液體干燥等。微晶顆粒和團(tuán)簇的制備第三十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體近年來(lái)，人們認(rèn)識(shí)到大部分的材料都可以制成無(wú)定形的。當(dāng)材料從液態(tài)以足夠的速率急驟地冷卻，就能得到像玻璃一樣的結(jié)構(gòu)。制備無(wú)定形材料的技術(shù)有：過(guò)冷液相的冷卻、氣相沉積、沖擊無(wú)序、輻射無(wú)序、去溶劑效應(yīng)、凝膠法等。從一般金屬材料制備無(wú)定形材料，要求冷卻速率必須非?？?，達(dá)到1000℃/ms。如采用急冷淬火技術(shù)制備金屬玻璃，冷卻速率范圍是105~108K/s。采用激光釉化技術(shù)，淬火速率可達(dá)1011K/s。大部分玻璃態(tài)材料的制備，其冷卻速率要求較低，如SiO2約0.1K/s自然冷卻即可。無(wú)定形材料的制備第三十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、晶體晶體生長(zhǎng)的方法很多，通常采用熔體的固化、溶液的結(jié)晶。其他有熔鹽電化學(xué)方法、化學(xué)氣相輸運(yùn)法等。

熔體固化技術(shù)有：提拉技術(shù)（原料在坩堝中熔融，晶種插入熔體，達(dá)到熱平衡后，晶種在熔體中緩慢生長(zhǎng)，當(dāng)晶種由熔體里逐漸拉出時(shí)，在界面就連續(xù)地發(fā)生晶體生長(zhǎng)）、無(wú)坩堝懸浮區(qū)熔技術(shù)、焰熔技術(shù)、等離子炬技術(shù)等。溶液法先制成過(guò)飽和溶液（調(diào)節(jié)溫度、溶劑揮發(fā)、化學(xué)反應(yīng)等），低水溶性材料可采用水熱法，不溶性材料可采用凝膠法（如制備沸石）。晶體生長(zhǎng)第三十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3、建筑材料化學(xué)化學(xué)是在原子和分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性能及其變化規(guī)律和變化過(guò)程中能量關(guān)系的學(xué)科，它與信息、生命、材料、環(huán)境、能源、地球、空間、核科學(xué)等8大朝陽(yáng)科學(xué)有著密切的聯(lián)系。

建筑材料化學(xué)是從化學(xué)角度，研究建筑材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能及其相互關(guān)系，從而為材料的合成/加工與使用效能提供科學(xué)依據(jù)。

建筑材料化學(xué)涉及：無(wú)機(jī)材料化學(xué)、金屬材料化學(xué)、有機(jī)材料化學(xué)。第三十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3、建筑材料化學(xué)由于使用成分復(fù)雜的天然原料，無(wú)機(jī)建筑材料的制造及使用過(guò)程中要發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。制造和形成過(guò)程中有分解、化合、氧化、還原等反應(yīng)；在膠凝材料成型時(shí)有溶解、水化、結(jié)晶、沉淀等過(guò)程；材料在使用環(huán)境中受到各種介質(zhì)的作用會(huì)發(fā)生腐蝕、風(fēng)化，包括氧化、酸堿作用、離子互換、重結(jié)晶、溶析等反應(yīng)。無(wú)機(jī)建筑材料基本化學(xué)反應(yīng)第三十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3、建筑材料化學(xué)

固相反應(yīng)是固體和固體之間發(fā)生的表面離子相互交換的反應(yīng)，如：加成反應(yīng)、相轉(zhuǎn)變反應(yīng)、熱分解反應(yīng)。一般只在高溫下才能進(jìn)行。固相反應(yīng)包括三個(gè)過(guò)程：一是反應(yīng)物混合，相互接觸產(chǎn)生表面效應(yīng)；二是化學(xué)反應(yīng)并形成新相；三是晶體成長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)缺陷的矯正。無(wú)機(jī)建筑材料基本化學(xué)反應(yīng)第三十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3、建筑材料化學(xué)

水化反應(yīng)是物質(zhì)與水進(jìn)行的化合作用，包括：水解（化合物與水的復(fù)分解作用）、水合（無(wú)水化合物與水作用后生成含水化合物）。

水化反應(yīng)可以通過(guò)溶液進(jìn)行：化合物首先溶解于水，和水發(fā)生反應(yīng)后，水化物不斷增多，溶液飽和后沉淀或結(jié)晶。水化反應(yīng)也可以是局部反應(yīng)：水分子直接在固體表面與化合物分子發(fā)生反應(yīng)，形成水化物層，水再通過(guò)水化物層擴(kuò)散進(jìn)入固體未水化表面，進(jìn)一步反應(yīng)。無(wú)機(jī)建筑材料基本化學(xué)反應(yīng)第三十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3、建筑材料化學(xué)

離子互換反應(yīng)：無(wú)機(jī)材料在使用時(shí)與溶液接觸，同溶液中的化合物發(fā)生離子互換反應(yīng)，生成難溶的固體沉淀或氣體，造成材料腐蝕破壞。

無(wú)機(jī)建筑材料基本化學(xué)反應(yīng)第四十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3、建筑材料化學(xué)堿金屬、堿土金屬、鋁、鋅（也稱(chēng)賤金屬）在室溫下能與氧氣、空氣作用生成氧化物；與水作用放出氫氣；幾乎能與所有的酸起化學(xué)作用。除鋁、鋅外，其他金屬幾乎不與堿起作用。

銅、鉻、錳等（除賤金屬、貴金屬以外的金屬）在加熱時(shí)能與氧氣、空氣作用生成氧化物；與水或堿不起作用；只與氧化性強(qiáng)的酸起作用。

銀、金和鉑族元素金屬（也稱(chēng)貴金屬）整塊的金屬即使在加熱時(shí)也不與氧氣、空氣作用，與水不起作用，與硝酸、濃硫酸不起作用。

金屬材料化學(xué)第四十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3、建筑材料化學(xué)鋁、鉻、鐵等較活潑的金屬，在冷的濃硝酸或濃硫酸中很穩(wěn)定，主要是因?yàn)樵诮饘俦砻嫔梢粚又旅艿难趸锉∧ぃㄢg化層），阻止了反應(yīng)的進(jìn)行。但鈍化層容易在加熱或有氯離子存在的條件下被破壞，例如含鉻的不銹鋼對(duì)空氣、水、硝酸都能抗蝕，但在鹽酸或氯化鈉溶液中卻很快被腐蝕。

金屬材料化學(xué)第四十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3、建筑材料化學(xué)活潑金屬能把酸內(nèi)氫離子置換出來(lái)變成氫氣，而金屬本身變成離子進(jìn)入溶液。例如鋅與鹽酸反應(yīng)：Zn+2HCl→ZnCl2+H2↑其中，Zn失去電子（被氧化）稱(chēng)為還原劑，HCl得到電子（被還原）稱(chēng)為氧化劑。這種有電子得失的化學(xué)反應(yīng)叫氧化還原反應(yīng)。

氧化還原反應(yīng)有時(shí)可以利用（如煉鐵煉鋼），有時(shí)要避免（如鋼鐵生銹）。

金屬材料化學(xué)第四十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、建筑材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3、建筑材料化學(xué)活潑金屬能把鹽溶液中的不活潑金屬置換出來(lái)。例如將鋅放入硫酸銅溶液：Zn+CuSO4→ZnSO4+Cu↓

鋅變成離子進(jìn)入溶液，銅離子被還原為金屬銅而析出。金屬元素的氧化還原能力強(qiáng)弱是用電極電位來(lái)衡量的。電極電位越小，越易失去電子而被氧化，具有較強(qiáng)的還原性，相反，電極電位越大，越難失去電子而被氧化，具有較強(qiáng)的氧化性。

金屬材料化學(xué)第四十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日標(biāo)準(zhǔn)電極電位（25℃）

電極反應(yīng)電極電位（伏）電極反應(yīng)電極電位（伏）K++eK-2.9252H++2eH20.000Ca2++2eCa-2.870S+2H++2eH2S+0.141Na++eNa-2.714Sn4++2eSn2++0.15Mg2++2eMg-2.370Hg2Cl2+2e2Hg+2Cl-+0.2682Al3++3eAl-1.66Cu2++2eCu+0.334Mn2++2eMn-1.18?O2+H2O+2e2OH-+0.40Zn2++