金屬和金屬鹽的分類(lèi)及用途

金屬和金屬鹽的分類(lèi)及用途1.金屬的分類(lèi)人們根據(jù)金屬的密度把金屬分為重金屬和輕金屬。重金屬的密度大于4.5g/cm3,輕金屬的密度小于4.5g/cm3。冶金工業(yè)上還常常把金屬分為黑色金屬和有色金屬。黑色金屬有三種：鐵、錳、鉻。它們或它們的合金的表面常有灰黑色的氧化物，所以稱(chēng)這類(lèi)金屬為黑色金屬。除鐵、錳、鉻以外的金屬稱(chēng)為有色金屬。有色金屬又可以分為九大類(lèi)：①重金屬：銅、鉛、鋅等；②輕金屬：鋁、鎂等；③輕稀有金屬：鋰、鈹?shù)?；④難熔稀有金屬：鎢、鈦、釩等；⑤稀散金屬：鎵、鍺等；⑥稀土金屬：鈧、釔及鑭系元素；⑦放射性金屬：鐳、錒等；⑧貴金屬：金、銀、鉑等;⑨堿金屬：鉀、鈉等。2.幾種常見(jiàn)和重要的金屬（1）鈉鈉不能以游離態(tài)存在于自然界，因?yàn)樗幕瘜W(xué)性質(zhì)很活潑，因此在自然界，鈉存在于許多無(wú)機(jī)物中（如氯化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、硼酸鈉等）。在海水、礦泉水、鹽湖水中有可溶性鈉鹽。地殼中含有2.63%化合形式的鈉，其含量在元素中占第6位。23Na是惟一的天然同位素，還有6種人工放射性同位素：20Na、21Na、22Na、24Na、25Na、26Na。鈉能與許多氣體發(fā)生反應(yīng)：①在空氣中120€時(shí)著火，160°C以下氧氣不足時(shí)反應(yīng)的主要產(chǎn)物是Na2O,250?300C與足量氧氣反應(yīng)生成的是Na2O2和少量的NaO2。②與H2室溫下不反應(yīng)，200?350C時(shí)反應(yīng)生成NaH。③與N2在任何溫度下不反應(yīng)。有在放電條件下反應(yīng)生成氮化鈉和疊氮化鈉的報(bào)道。④與CO2在室溫下反應(yīng)很慢，但燃燒的鈉與CO2反應(yīng)迅速，在控制條件的情況下這種反應(yīng)可生成甲酸鈉、草酸鈉。有在撞擊條件下鈉與CO2（s）反應(yīng)發(fā)生爆炸生成碳化鈉的報(bào)道。⑤與N2O反應(yīng)生成Na2O。在氧化氮中燃燒生成硝酸鈉和連二硝酸鈉的混合物。鈉能與H2O反應(yīng)，也能與酸、鹽溶液反應(yīng)。鈉能與熔融堿反應(yīng)，如Na+KOHK+NaOH,2Na+NaOH=Na2O+NaH。金屬鈉的用途：在過(guò)去，相當(dāng)一部分鈉用于制造汽油抗爆震劑——四乙基鉛添加了四乙基鉛的汽油會(huì)污染空氣，因此現(xiàn)在已不允許使用。，它能降低汽油的爆震性，減少在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中使用汽油時(shí)發(fā)出的噪音。四乙基鉛通常是用氯乙烷與金屬鈉和鉛（鈉鉛齊）的合金起反應(yīng)而制成，化學(xué)方程式為4C2H5Cl+4Na+Pb=（C2H5）4Pb+4NaCl。金屬鈉能從鈦、鋯、鈮、鉭等金屬的化合物中把它們置換出來(lái)，女口TiC14+4NaTi+4NaCl。鈉還用于制造過(guò)氧化鈉等鈉的化合物。在核工業(yè)上鈉可用作傳熱介質(zhì)。在電力工業(yè)上用于制鈉燈，鈉燈不降低照度水平但能減少能源消耗。金屬鈉的制法：工業(yè)上鈉的制法很多，有碳還原碳酸鈉法、NaCl加石灰用硅鐵還原法、電解熔融NaOH法，目前世界上鈉的工業(yè)生產(chǎn)多數(shù)用電解氯化鈉的方法。反應(yīng)通常在電解槽里進(jìn)行。電解時(shí)，氯化鈉需要熔融，氯化鈉的熔點(diǎn)為801C，在技術(shù)上有困難，采取的方法是用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氯化鈉和60%的氯化鈣混合形成低共熔物（熔點(diǎn)為580C）,降低了電解時(shí)所需的溫度，從而也減低了鈉的蒸氣壓。電解時(shí)，氯氣在陽(yáng)極放出，金屬鈉和鈣同時(shí)在陰極被還原出來(lái)，浮在陰極熔鹽的上方，從管道溢出。把熔融的金屬混合物冷卻到105?110C,金屬鈣成晶體析出，經(jīng)過(guò)濾就可以把金屬鈉與金屬鈣分離。（2）鎂1808年英國(guó)的H.戴維在電解氧化鎂和氧化汞的混合物時(shí)，因得到鎂汞齊而發(fā)現(xiàn)了鎂，并以氧化鎂產(chǎn)地希臘的Magnesia城來(lái)命名為Magnesium。鎂在地殼中含量約為2.5%，以碳酸鎂形態(tài)大量存在。海水中也含有約0.13%的Mg2+，它使海水具有苦味。鎂在空氣和水中由于在表面形成一層堿式碳酸鎂保護(hù)膜，而不致進(jìn)一步被侵蝕。它能與熱水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，在加熱時(shí)鎂還可把CO2還原成碳。加熱時(shí)鎂可用于分離許多金屬和非金屬，如可把硅或硼從它們的氧化物中還原出來(lái)。鎂能與氮、硫、鹵素等許多非金屬化合。鎂粉很容易燃燒并發(fā)出強(qiáng)烈的白光，在空氣中燃燒同時(shí)生成氧化鎂和氮化鎂。鎂在生物化學(xué)上非常重要，它是構(gòu)成葉綠素的特征元素，在生物體內(nèi)也具有代謝功能；它也存在于人體細(xì)胞中。鎂主要用于制造輕金屬合金、球墨鑄鐵、建筑金屬以及用于汽車(chē)、飛機(jī)、科學(xué)儀器上的鎂合金；也可作還原劑、脫硫劑、脫氫和格氏試劑；也能用于制造煙火、閃光粉、鎂鹽等。目前鎂的主要來(lái)源是先從海水中獲得氯化鎂，而后電解熔融氯化鎂來(lái)制取。另外，在高溫下用硅鐵還原氧化鎂也是常用的制取方法。（3）鋁鋁是自然界中分布最廣的金屬元素。地殼中鋁的含量接近8%，僅次于氧和硅。鋁通常以化合狀態(tài)存在，已知的含鋁礦物有250多種，其中最常見(jiàn)的是鋁硅酸鹽類(lèi)，如長(zhǎng)石、云母、高嶺石、鋁土礦、明礬石等。鋁是銀白色金屬，其主要特性是密度小，相對(duì)密度只有鋼鐵的1/3。某些鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度甚至超過(guò)結(jié)構(gòu)鋼。各種鋁合金（如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等）廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車(chē)、火車(chē)、船舶等制造工業(yè)。此外，導(dǎo)彈宇宙飛船、人造衛(wèi)星也大量使用鋁及其合金。例如，一架超音速飛機(jī)約由70%的鋁及其合金構(gòu)成，每枚導(dǎo)彈的用鋁量約占總質(zhì)量的10%?15%，一艘1.5萬(wàn)噸級(jí)的大型客船用鋁量約為2000t。鋁是一種良好的導(dǎo)電材料。鋁的導(dǎo)電能力雖然只有銅的60%?70%，但密度只有銅的1/3。以傳導(dǎo)等量電流而論，鋁的導(dǎo)電截面積大約是銅的1.6倍，而鋁的質(zhì)量只有銅的一半。換言之，鋁可節(jié)省用量，價(jià)格遠(yuǎn)低于銅，且鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕作用，而且有一定絕緣性，所以鋁在電器制造工業(yè)、電線電纜工業(yè)和無(wú)線電工業(yè)有廣泛的用途。鋁是熱的良導(dǎo)體。鋁的熱導(dǎo)率大約是鐵的3倍，不銹鋼的10倍。因此鋁是制造機(jī)器活塞、熱交換器、飯鍋和電熨斗的理想材料。鋁還具有良好的光和熱的反射能力，所以鋁可用來(lái)制反光鏡，又可作絕緣材料。鋁易于加工，可壓成鋁板或鋁箔，或拉成鋁線，擠壓成各種異形的材料。在100?150°C時(shí)可制成薄于0.01mm的鋁箔，廣泛用于包裝香煙、糖果等，還可制成鋁絲、鋁條，并能軋制成各種鋁制品。鋁的化學(xué)性質(zhì)：鋁在氧氣中加熱時(shí)能劇烈地燃燒，發(fā)出炫目的白光，并放出大量的熱。鋁與氧結(jié)合的能力很強(qiáng)，是親氧元素，它能從許多金屬氧化物中奪取氧，而且放出的大量熱可使游離出來(lái)的金屬熔化。應(yīng)用此原理在冶金工業(yè)上用來(lái)制取鐵、錳、鉻、釩等金屬，如Cr2O3+2Al=A12O3+2Cr,這種方法叫鋁熱法。鋁可與稀酸（鹽酸或硫酸）、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成鹽，同時(shí)放出氫氣。把鋁放入冷的濃硝酸或濃硫酸中會(huì)被鈍化，因此，濃硝酸或濃硫酸可用鋁的容器貯存。純度為99.95%以上的大片鋁，可以抵御大多數(shù)酸類(lèi)的侵蝕。鋁和氯在高溫下反應(yīng)生成A1C13,和硫在1000C以上時(shí)反應(yīng)生成A12S3，和碳在800C以上時(shí)反應(yīng)生成A14C3。（4）鐵鐵是地殼中最豐富的元素之一，含量為4.75%，在金屬中僅次于鋁。鐵分布很廣，能穩(wěn)定地與其他元素結(jié)合，常以氧化物的形式存在，有赤鐵礦（主要成分是Fe2O3）、磁鐵礦（主要成分是Fe3O4）、褐鐵礦（主要成分是Fe2O3?3H2O）、菱鐵礦（主要成分是FeCO3）、黃鐵礦（主要成分是FeS2）、鈦鐵礦（主要成分是FeTiO3）等。土壤中也含鐵1%?6%。鐵是活潑的過(guò)渡元素，是一種光亮的銀白色金屬，常溫下呈體心立體晶格。常見(jiàn)的化合價(jià)為+2和+3價(jià)。純鐵相對(duì)較軟，有良好的延展性和導(dǎo)熱性，能導(dǎo)電，能被磁化，又可去磁。純鐵化學(xué)性質(zhì)比較活潑，是一種良好的還原劑。純鐵在空氣中不起變化，含雜質(zhì)的鐵在潮濕空氣里逐漸生銹，外表生成一層褐色的氫氧化鐵。鐵紅熱時(shí)能與水反應(yīng)生成氫氣。鐵易溶于稀酸中，但在濃硫酸或濃硝酸中由于表面發(fā)生鈍化而不能溶解，因此鐵制容器可用來(lái)儲(chǔ)存濃硫酸或濃硝酸。濃的堿溶液能侵蝕鐵，生成高價(jià)鐵酸鹽。鐵加熱時(shí)能與鹵素、硫、磷、硅等非金屬反應(yīng)，但與氮不直接反應(yīng)。鐵是生命過(guò)程所必需的元素，是紅細(xì)胞（血紅蛋白）的主要成分。鐵的最大用途是煉鋼，也大量用來(lái)制造鑄鐵。鐵和它的化合物還用來(lái)做磁鐵、染料（墨水、藍(lán)曬圖紙、胭脂顏料）和磨料（紅鐵粉）。還原鐵粉大量用于冶金。我國(guó)在春秋時(shí)代晚期已煉出可供澆鑄用的液態(tài)生鐵，隋唐時(shí)開(kāi)始用煤煉鐵，明代已能用焦炭煉鐵。鐵現(xiàn)在常用焦炭、鐵礦石和石灰石為原料煉得。（5）銅銅是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)最早的金屬之一，也是最好的純金屬之一。固體銅呈紫紅色光澤，面心立方晶系。銅稍硬，極堅(jiān)韌，耐磨損，還有很好的延展性，容易鍛造和壓延成薄片，可軋成很細(xì)的金屬絲。銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，僅次于銀，但含有雜質(zhì)時(shí)則導(dǎo)電性大受影響。銅和它的一些合金還有較好的耐腐蝕能力。銅在干燥的空氣里很穩(wěn)定，但在潮濕的空氣里表面可生成一層綠色的堿式碳酸銅〔Cu2（OH）2CO3〕，稱(chēng)做銅綠。高溫時(shí)銅可被氧化。銅能溶于硝酸和熱的濃硫酸，容易被堿侵蝕。在一定溫度下，銅也能與鹵素、硫等非金屬反應(yīng)生成鹵化物或硫化物。銅的主要化合價(jià)有+1和+2價(jià)，+2價(jià)銅的化合物比較普遍，也比較穩(wěn)定。水溶液中+1價(jià)銅的化合物不穩(wěn)定，歧化生成單質(zhì)銅和+2價(jià)銅。銅的最大用途是廣泛用于電器工業(yè)上，如制作電線、電纜和各種電器設(shè)備等，也用于制造各種合金，如黃銅（Cu-Zn合金）、青銅（Cu-Sn合金）等。銅及其合金在機(jī)械和儀器儀表等工業(yè)上用來(lái)制造各種零件。在國(guó)防工業(yè)上用來(lái)制造槍彈、炮彈等。在化學(xué)工業(yè)上用來(lái)制造熱交換器、深度冷凍裝置等。3.Na+、K+、Mg2+、Ca2+的生理作用鈉、鉀、鈣、鎂對(duì)生物的生長(zhǎng)和正常發(fā)育是需要的。Na+、K+、Mg2+、Ca2+四種離子占人體中金屬離子總量的99%。對(duì)高級(jí)動(dòng)物來(lái)說(shuō)，鈉、鉀比值在細(xì)胞內(nèi)液中和細(xì)胞外液中有較大不同。在人體血漿中,c（Na+^0.15mol/L,c（K+p0.005mol/L；在細(xì)胞內(nèi)液中，c（Na+）~0.005mol/L，c（K+）~0.16mol/L。這種濃度差別決定了高級(jí)動(dòng)物的各種電物理功能——神經(jīng)脈沖的傳送、隔膜端電壓和隔膜之間離子的遷移、滲透壓的調(diào)節(jié)等。由于鈉在高級(jí)動(dòng)物細(xì)胞外液中的濃度高于鉀的濃度，因此，對(duì)動(dòng)物來(lái)說(shuō)鈉是較重要的堿金屬元素，而對(duì)植物來(lái)說(shuō)鉀是較重要的堿金屬元素。食鹽是人類(lèi)日常生活中不可缺少的無(wú)機(jī)鹽，如果得不到足量的食鹽，就會(huì)患缺鈉癥。其主要癥狀是惡心、肌肉痙攣、神經(jīng)紊亂等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致死亡。人可以從肉、奶等食物中獲取一定量的鈉，從果實(shí)、谷類(lèi)、蔬菜等食物中吸取適量的鉀。神經(jīng)細(xì)胞、心肌和其他重要器官功能都需要鉀，肝臟、脾臟等內(nèi)臟中鉀比較富集。胚胎中的鈉、鉀比值與海水中十分接近，這一事實(shí)被一些科學(xué)家引為陸上動(dòng)物起源于海生有機(jī)體的直接證明之一。植物對(duì)鉀的需要同高級(jí)動(dòng)物對(duì)鈉的需要一樣，鉀是植物生長(zhǎng)所必需的一種成分。植物體通過(guò)根系從土壤中選擇性地吸收鉀。鉀同植物的光合作用和呼吸作用有關(guān)，缺少鉀會(huì)引起葉片收縮、發(fā)黃或出現(xiàn)棕褐色斑點(diǎn)等癥狀。鎂和鈣對(duì)動(dòng)植物的生存也起著重要作用。鎂存在于葉綠素中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)谷類(lèi)光合作用的活性與Mg2+、Ca2+濃度有關(guān)。鎂占人體重量的0.05%，人體內(nèi)的鎂以磷酸鹽形式存在于骨骼和牙齒中，其余分布在軟組織和體液中，Mg2+是細(xì)胞內(nèi)液中除K+之外的重要離子。鎂是體內(nèi)多種酶的激活劑，對(duì)維持心肌正常生理功能有重要作用。若缺鎂會(huì)導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈病變，心肌壞死，出現(xiàn)抑郁、肌肉軟弱無(wú)力和暈眩等癥狀。成年人每天鎂的需要量為200?300mg。鈣對(duì)于所有細(xì)胞生物體都是必需的。肌肉、神經(jīng)、黏液和骨骼中都有Ca2+結(jié)合的蛋白質(zhì)。鈣占人體總重量的1.5%?2.0%,—般成年人體內(nèi)含鈣量約為1200g,成年人每天需要鈣量為0.7?1.0g。鈣是構(gòu)成骨骼和牙齒的主要成分，一般為羥基磷酸鈣Ca5（PO4）3OH〕，占人體鈣總量的99%。在血中鈣的正常濃度為每100mL血漿含9?11.5mg,其中一部分以Ca2+存在，而另一部分則與血蛋白結(jié)合。鈣有許多重要的生理功能，鈣和鎂都能調(diào)節(jié)植物和動(dòng)物體內(nèi)磷酸鹽的輸送和沉積。鈣能維持神經(jīng)肌肉的正常興奮和心跳規(guī)律，血鈣增高可抑制神經(jīng)肌肉的興奮，如血鈣降低，則引起興奮性增強(qiáng)，而產(chǎn)生手足抽搐（即“抽風(fēng)”）。鈣對(duì)體內(nèi)多種酶也有激活作用，鈣還參與血凝過(guò)程和抑制毒物（如鉛）的吸收；它還影響細(xì)胞膜的滲透作用。人體缺鈣，將影響兒童的正常生長(zhǎng)，或出現(xiàn)佝僂??；對(duì)成年人來(lái)說(shuō)，則患軟骨病，易發(fā)生骨折并發(fā)生出血和癱瘓等疾病；高血壓、腦血管病等也與缺鈣有關(guān)。過(guò)氧化鈉Na2O2是離子型化合物，淡黃色粉末，商品常制成圓形小顆粒。它的熔點(diǎn)為675°C,有二水合物和八水合物。Na2O2具有強(qiáng)氧化性，例如,能把鐵氧化成鐵酸鹽（FeO42-）,甚至在常溫下能把幾乎所有的有機(jī)物氧化成碳酸鹽和乙醇，與其他易燃品放置在一起會(huì)發(fā)生燃燒。在熔融狀態(tài)下，Na2O2幾乎不分解，但遇到棉花、炭粉或鋁粉時(shí)可發(fā)生爆炸。Na2O2易潮解，與水或稀酸作用時(shí)生成過(guò)氧化氫并放熱，過(guò)氧化氫不穩(wěn)定，立即分解放出氧氣。Na2O2可與空氣中的CO2作用放出氧氣，因此常用在缺乏空氣的場(chǎng)合，如礦井、坑道、潛水、宇宙飛船等方面，以供人們呼吸應(yīng)急用。Na2O2與強(qiáng)氧化劑（如KMnO4）作用時(shí)顯還原性，它不溶于乙醇。Na2O2在工業(yè)上常用作漂白劑、殺菌劑、消毒劑、去臭劑、氧化劑等。通?？赏ㄟ^(guò)在不含CO2的干燥空氣流中把金屬鈉加熱到300C來(lái)制取Na2O2。碳酸鈉、碳酸氫鈉Na2CO3又叫純堿，俗稱(chēng)蘇打。無(wú)水碳酸鈉是白色粉末或細(xì)粒，加熱至851C時(shí)熔化而不分解。Na2CO3易溶于水，溶解時(shí)放熱。由于Na2CO3是強(qiáng)堿弱酸鹽，所以其水溶液呈堿性。碳酸鈉以水合物存在時(shí)有Na2CO3?H2O、Na2CO3?7H2O、Na2CO3?10H2O,日常的食用堿主要是十水碳酸鈉，俗稱(chēng)洗滌堿。Na2CO3存在于我國(guó)內(nèi)地的鹽堿湖中，低溫時(shí)，湖面上會(huì)析出晶體，叫做天然堿。透明晶狀的十水碳酸鈉在干燥空氣中易失去結(jié)晶水而變成粉末，主要轉(zhuǎn)變成一水碳酸鈉。碳酸鈉吸濕性很強(qiáng)，吸濕后可結(jié)成硬塊。碳酸鈉的最大用途是制玻璃，也是造紙、肥皂、洗滌劑、紡織、制革、石油、染料、食品等工業(yè)的重要原料。在工業(yè)上純堿可代替氫氧化鈉來(lái)中和酸，冶金工業(yè)用它作助熔劑，水的凈化中用它作軟化劑，機(jī)械零件表面的去油劑，以及用來(lái)制鈉的其他化合物。碳酸鈉可由天然礦物（碳酸鈉石Na2CO3?NaHCO3?2H2O,又稱(chēng)天然堿）加工而得，更多的是由氨、二氧化碳和飽和食鹽水為原料制得。NaHCO3俗稱(chēng)小蘇打，也叫生碳酸鈉或重堿或酸式碳酸鈉。它是白色粉末，在水中的溶解度比碳酸鈉略小，水溶液呈微堿性，固體碳酸氫鈉受熱即分解ONaHCO3是發(fā)酵粉的主要成分，也用于制滅火劑、焙粉或清涼飲料等方面的原料，在橡膠工業(yè)中作發(fā)泡劑。將碳酸鈉溶液或結(jié)晶碳酸鈉吸收CO2可制得碳酸氫鈉，它也是氨堿法制純堿的中間產(chǎn)物。一般說(shuō)來(lái)，碳酸和碳酸鹽的熱穩(wěn)定性有下列規(guī)律：（1） H2CO3VMHCO3VM2CO3（M為堿金屬）（2） 同一主族元素（如堿金屬元素）的碳酸鹽：Li2CO3VNa2CO3VK2CO3VRb2CO3（3） 堿金屬碳酸鹽＞堿土金屬碳酸鹽＞過(guò)渡金屬碳酸鹽氧化鋁、氫氧化鋁（1）A12O3俗名磯土，是一種難熔又不溶于水的白色粉末。它的熔點(diǎn)為2015C,沸點(diǎn)為2980C。A12O3具有不同晶型，主要有a和y兩種變體。自然界存在的a型氧化鋁稱(chēng)為剛玉，硬度僅次于金剛石，混有少量雜質(zhì)可使剛玉帶有各種色澤，稱(chēng)為寶石，如紅寶石（含有少量的Cr3+）和藍(lán)寶石（含Ti3+和Fe2+、Fe3+）,目前可用熔融氧化鋁人工結(jié)晶方法制造寶石。人造寶石在性質(zhì)上不次于天然寶石，廣泛用于工業(yè)技術(shù)方面。例如，用做機(jī)器快速轉(zhuǎn)動(dòng)部分的軸承、鐘表上的鉆石，以及磨料、耐火材料等。活性氧化鋁即Y型氧化鋁，是一種多孔物質(zhì)，每克內(nèi)表面積可達(dá)數(shù)百平方米，有極高的活性，可吸附水蒸氣和許多氣體、溶液分子，常用作吸附劑、催化劑和干燥劑。Al2O3是典型的兩性氧化物，可溶于酸也可溶于堿。氧化鋁是電解法制金屬鋁的主要原料，所用的氧化鋁越純，煉出的鋁就越純。由于提純鋁比提純氧化鋁更困難，所以電解前氧化鋁的提純非常重要。天然鋁土礦是制取氧化鋁的主要原料，一般含量可達(dá)40%一60%，雜質(zhì)主要有二氧化硅、氧化鐵及稀散元素等。利用它們化學(xué)性質(zhì)上的共性和個(gè)性可將氧化鋁與其他雜質(zhì)分開(kāi)。(2)氫氧化鋁又稱(chēng)為氧化鋁的水合物，有三水合氧化鋁Al203^H20〔即Al(0H)3〕和一水合氧化鋁Al203^20〔即AlO(OH)〕。但在這些化合物的晶格中并不存在水分子，只是在加熱時(shí)分解成水和氧化鋁，這一點(diǎn)與水合物的性質(zhì)相同。氫氧化鋁是典型的兩性氫氧化物，它既能溶于強(qiáng)酸生成鋁鹽溶液，又能溶于強(qiáng)堿生成偏鋁酸鹽溶液。氫氧化鋁可用來(lái)制備鋁鹽，作吸附劑、媒染劑和離子交換劑，也用于作瓷釉、耐火材料、防火布等的原料。氫氧化鋁凝膠有中和胃酸和保護(hù)潰瘍面的作用，可用于治療胃和十二指腸潰瘍、胃酸過(guò)多等。7.鐵的合金生鐵—般地說(shuō)，含碳量在2%-4.3%的鐵的合金叫做生鐵。生鐵里除含碳外，還含有硅、錳以及少量的硫、磷等,它可鑄不可鍛。根據(jù)生鐵里碳的存在形態(tài)不同，又可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵。煉鋼生鐵碳在這種鐵的合金里主要是以碳化鐵的形態(tài)存在。這種生鐵質(zhì)硬而脆，難于加工，—般都用來(lái)煉鋼，所以叫它煉鋼生鐵。由于它的斷口呈白色，又叫白口鐵。鑄造生鐵碳在這種鐵的合金里是以片狀的石墨形態(tài)存在。由于石墨質(zhì)軟并有潤(rùn)滑作用，因而這種生鐵具有良好的切削、耐磨和鑄造性能等。但是，由于有片狀石墨的存在，降低了它的抗拉強(qiáng)度，使它不能鍛軋，只能用于制造各種鑄件，如鑄造機(jī)床床座、鐵管等。因此，把這種生鐵稱(chēng)為鑄造生鐵。由于它的斷口呈灰色，通常又叫灰口鐵。球墨鑄鐵把鑄造生鐵加熱熔化，并用鎂合金或稀土合金等處理，就能使鐵碳合金里的石墨從片狀變?yōu)榍驙?。這種球狀石墨的形成使鑄鐵的機(jī)械性能大大提高。球墨生鐵比普通生鐵好，它的某些性能接近于鋼，而價(jià)格卻比鋼便宜得多。因此，它可以代替—部分鋼材用于制造曲軸、齒輪和閥門(mén)等。按用途不同分，生鐵除煉鋼生鐵、鑄造生鐵外還有特種生鐵。特種生鐵為含有特種金屬元素的生鐵。在高爐冶煉過(guò)程中，鐵礦中的某些金屬元素如鉻、鎳、鈷、鋇、鈦、鈮等大部分還原進(jìn)入鐵水。鋼含碳量一般在0.03%一2%的鐵的合金叫做鋼。鋼堅(jiān)硬，有韌性、彈性，可以鍛打、壓延，也可以鑄造。鋼的分類(lèi)很多，如按化學(xué)成分分類(lèi)，鋼可以分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼碳素鋼又叫普通鋼。它所含的碳、硅、錳比生鐵少得多，硫和磷的含量也比生鐵低得多。根據(jù)含碳量的不同，碳素鋼的性質(zhì)也各不相同，含碳量越高硬度越大，含碳量越低韌性越強(qiáng)。工業(yè)上—般把含碳量低于0.3%的叫做低碳鋼；含碳量在0.3%-0.6%之間的叫做中碳鋼；含碳量在0.6%以上的叫做高碳鋼。低碳鋼和中碳鋼用來(lái)制造機(jī)器零件、管子等，高碳鋼用來(lái)制造刀具、量具和沖壓模具等。合金鋼合金鋼也叫特種鋼。在碳素鋼里適量地加入—種或幾種合金元素，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使鋼具有各種不同的特殊性能，如強(qiáng)度、硬度大，可塑性、韌性好，耐磨，耐腐蝕，以及其他許多優(yōu)良性能。下面是—些特種鋼的性能和用途:種類(lèi)性能用途鎢鋼、錳鋼硬度很大制造金屬加工工具、拖拉機(jī)履帶和車(chē)軸等錳硅鋼韌性特別強(qiáng)制造彈簧片、彈簧圈等鉬鋼抗高溫制造飛機(jī)的曲軸、特別硬的工具等鎢鉻鋼硬度大，韌性很強(qiáng)做機(jī)床刀具和模具等鎳鉻鋼(不銹鋼)抗腐蝕性能強(qiáng)，不易氧化制造化工生產(chǎn)上的耐酸塔、醫(yī)療器械和日常用品等8.鋁合金鋁合金廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸、建筑、輕工、化工、儀表、機(jī)械等部門(mén)，以及包裝和家用器具等方面。如今，鋁合金已成為第二大金屬，其產(chǎn)量?jī)H次于鋼鐵而超過(guò)其他有色金屬的總和。鋁中添加合金元素的首要目的是提高在不同環(huán)境條件下的機(jī)械強(qiáng)度，并保持能滿(mǎn)足使用要求的塑性、韌性與抗腐蝕性。鋁合金按生產(chǎn)工藝可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金兩大類(lèi)。鑄造鋁合金又可分為Al-Si系鑄造鋁合金、Al-Cu系鑄造鋁合金、Al-Mg系鑄造鋁合金、Al-Zn系鑄造鋁合金。它們的主要性質(zhì)和用途列表如下：種類(lèi)主要性能主要用途Al-Si系鑄造鋁合金高流動(dòng)性、低收縮率和低熱裂傾向，良好抗腐蝕性及可焊性，低膨脹系數(shù)適合鑄造形狀復(fù)雜的構(gòu)件Al-Cu系鑄造鋁合金熱處理效果突出，熱穩(wěn)定性好適合鑄造高溫工作的構(gòu)件Al-Mg系鑄造鋁合金較咼的抗腐蝕性和強(qiáng)度，良好的切削性能和低的表面粗糙度用于鑄造在海水中工作的構(gòu)件Al-Zn系鑄造鋁合金抗腐蝕性及尺寸穩(wěn)定性較咼，良好的可焊性，有明顯的時(shí)效硬化能力適于砂型鑄造壓氣機(jī)活塞、氣缸座等變形鋁合金可分為防銹鋁、硬鋁、鍛鋁和超硬鋁四類(lèi)。防銹鋁包括Al-Mn及Al-Mg系合金，抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高于工業(yè)純鋁，同時(shí)具有良好的焊接性能，但不能熱處理強(qiáng)化。硬鋁屬Al-Cu-Mg合金系，具有很強(qiáng)的時(shí)效硬化能力，可熱處理強(qiáng)化。銅是硬鋁中的主要合金元素，為了提高強(qiáng)度，銅含量控制在4.0%?4.8%的范圍內(nèi)。鍛鋁合金有Al-Mg-Si和Al-Mg-Si-Cu系普通鍛用鋁合金及Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金三種。該類(lèi)合金的主要特點(diǎn)是有良好的熱塑性，適用于生產(chǎn)鍛件。超硬鋁屬Al-Zn-Mg-Cu系，是鋁合金中強(qiáng)度最高的一類(lèi)。通過(guò)控制鎂、鋅總量，添加適量的銅、鉻及錳，可改善合金的抗應(yīng)力和抗腐蝕能力。銅合金銅合金具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，良好的耐腐蝕性能，易于加工成型，又有足夠的強(qiáng)度、彈性和耐磨性，廣泛用于建筑、電氣、造船和化工等許多重要的工業(yè)領(lǐng)域。銅合金的種類(lèi)很多。根據(jù)傳統(tǒng)的分類(lèi)方法，銅合金可分為紫銅、黃銅（Cu-Zn）、白銅（Cu-Ni）和青銅（Cu與Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr、Ti等元素組成的合金的統(tǒng)稱(chēng)）四類(lèi)。根據(jù)銅合金使用時(shí)的狀態(tài)或成型方法，又可將其分為鑄造銅合金和變形銅合金。鑄造銅合金與變形銅合金的區(qū)別主要是：①鑄造合金通常無(wú)論是熱加工或者冷加工，都較難以塑性變形。②雖然某些合金化元素，如鉛、錫、鐵和鋁，既可以添加到變形合金，也可以添加到鑄造合金，但是一般在鑄造合金中的添加量多于變形合金中的添加量。添加到鑄造合金的元素目的是改善金屬液的流動(dòng)性、鑄造組織或強(qiáng)度。某些元素添加到變形合金中，可能會(huì)導(dǎo)致加工性能變差。③鑄造合金中的雜質(zhì)含量要高一些。④鑄造合金的電導(dǎo)率要低于變形合金。新型金屬材料（1） 金屬纖維除了由大單晶組成的鎢纖維，所有其他的金屬纖維均是多晶無(wú)機(jī)纖維。它們是通過(guò)物理形變制得，而很少使用化學(xué)制備法。品種有鋼絲、鋁絲、鎢絲、鈹絲等。金屬纖維具有許多重要的特性，如導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，高抗拉強(qiáng)度、高彈性模量及高熔點(diǎn)等。由于金屬纖維的密度很高，所以它們只能增強(qiáng)那些對(duì)減輕重量無(wú)特別要求的材料，特別是混凝土和橡膠。1959年首次將鋼纖維用作輪胎簾子線，目前90%以上的汽車(chē)輪胎使用鋼纖維。將0.5%?6%的不銹鋼絲混在織物中可起到消除靜電的作用。直徑為12gm的鎢絲用于制備B或SiC纖維以及白熾燈的燈絲。在紡織行業(yè)中，用鋁絲制做帶金屬光澤的裝飾線。（2） 超導(dǎo)材料超導(dǎo)現(xiàn)象最早是由荷蘭科學(xué)家HK.Annes于1911年發(fā)現(xiàn)的。他在測(cè)量水銀的低溫電阻時(shí)發(fā)現(xiàn)電阻隨溫度降低而下降，然后突然降為零，并將這種電阻為零時(shí)的溫度（4.2K）稱(chēng)為臨界溫度，用Tc表示。后來(lái)把這種電阻為零的現(xiàn)象稱(chēng)為“超導(dǎo)”。在隨后的研究中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到除了臨界溫度Tc外，還有臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度He和臨界電流Ic這兩個(gè)臨界參數(shù)。從1911年到1986年，超導(dǎo)體的Tc提高很小。其中，1973年發(fā)現(xiàn)了Nb3Ge合金超導(dǎo)材料，Tc為23.2K,并保持Tc最高值達(dá)10年以上，當(dāng)時(shí)認(rèn)為超過(guò)該值是極為困難的。1986年瑞士的Bednoz和Muller發(fā)現(xiàn)了Tc為30K的La-Ba-Cu-O系氧化物超導(dǎo)體，從此開(kāi)創(chuàng)了超導(dǎo)材料研究的嶄新局面。1987年美國(guó)宣布發(fā)現(xiàn)Tc為98K的超導(dǎo)材料，緊接著中國(guó)科學(xué)院物理研究所發(fā)現(xiàn)了Y-Ba-Cu-O系超導(dǎo)體，轉(zhuǎn)變溫度在100K以上，Tc為78.5K,超導(dǎo)臨界溫度第一次突破了液氮溫度（77K）o1988年初美國(guó)和日本相繼報(bào)道不含稀土的Bi-Ca-Cu-O和Tl-Ba-Ca-Cu-O兩系列超導(dǎo)體，其Tc分別為110K和125K?，F(xiàn)已知道元素周期表上有26種金屬元素具有超導(dǎo)性，它們的Tc均在10K以下，難以有實(shí)用價(jià)值。于是科學(xué)家把注意力轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)合金或金屬化合物的研究之中，迫切希望找到高溫超導(dǎo)體。超導(dǎo)特性通常只用Tc進(jìn)行比較，但實(shí)際上除了Tc以外，還有兩個(gè)重要的評(píng)價(jià)超導(dǎo)指標(biāo)，即還必須有相當(dāng)高的超導(dǎo)破壞磁場(chǎng)（臨界磁場(chǎng)He）和臨界電流密度Ic。也就是說(shuō)，只有同時(shí)滿(mǎn)足以上三個(gè)條件才有實(shí)用的可能，但不是所有的應(yīng)用都要求高的臨界磁場(chǎng)性能。超導(dǎo)的主要應(yīng)用有：核磁共振成像核磁共振成像一般是從氫原子核的核自旋變化信號(hào)中獲得的。人體中75%是水，因此可以利用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行人體醫(yī)學(xué)診斷。氫原子核需要的磁聲較小，相應(yīng)的電磁輻射是在兆赫范圍內(nèi)，很容易進(jìn)入人體。與X射線層析照相比，核磁共振成像所用的電磁輻射和磁聲對(duì)人體無(wú)害。核磁共振譜儀采用常規(guī)磁體或永久磁體的核磁共振譜儀的共振頻率只能達(dá)到100MHz。目前美國(guó)利用高均勻度、高穩(wěn)定性的高聲超導(dǎo)磁體，已試制成功600MHz的核磁共振儀，并準(zhǔn)備試制900MHz的核磁共振儀，用于有機(jī)分子波譜分析。超導(dǎo)儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能是一種利用超導(dǎo)磁體的電感儲(chǔ)能技術(shù)。與常規(guī)儲(chǔ)能方法相比，由于它不需要能量形式的轉(zhuǎn)換，因而具有儲(chǔ)能密度大和儲(chǔ)能效率高于90%，以及只要幾十毫秒就可以作出從充電向放電轉(zhuǎn)變的反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。超導(dǎo)電纜隨著電力需求的不斷增長(zhǎng)，發(fā)電站的容量逐漸增大，大功率、長(zhǎng)距離、低損耗的輸電技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。由于具有零電阻特性，超導(dǎo)體可以輸送極大的電流和功率而沒(méi)有功率損耗。超導(dǎo)技術(shù)的關(guān)鍵是制作超導(dǎo)電纜。磁懸浮列車(chē)因磁懸浮可使列車(chē)懸浮起來(lái)，脫離地面的接觸支撐，因而列車(chē)速度可提高到500km/h，相當(dāng)于地面飛機(jī)。超導(dǎo)線圈可產(chǎn)生磁懸浮列車(chē)所需的強(qiáng)大磁場(chǎng)。日本的山梨新實(shí)驗(yàn)干線全長(zhǎng)42.8km,于1997年通車(chē)，磁懸浮列車(chē)的最高速度為550km/h。所用的超導(dǎo)線圈為Cu-Nb-Ti合金超導(dǎo)線，每個(gè)線圈重60kg,總計(jì)使用超導(dǎo)線2t。據(jù)2001年2月報(bào)道，我國(guó)高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車(chē)在西南交大研制成功，全車(chē)總共344塊超導(dǎo)材料，全部是國(guó)內(nèi)研制。中國(guó)科學(xué)院物理研究所在2002年2月又合成了高質(zhì)量二硼化鎂新超導(dǎo)體，它具有易加工、電導(dǎo)率高、使用方便等特點(diǎn)，有優(yōu)良的可應(yīng)用性，如在臨界電流可提供強(qiáng)電輸運(yùn)、強(qiáng)磁場(chǎng)以及高品質(zhì)的微波元件，可制備更好的超導(dǎo)量子干涉器件。（3）磁性材料淬火馬氏體碳鋼是最早生產(chǎn)和使用的永磁材料，其最大磁能積僅為1~2kJ/m3。20世紀(jì)30~60年代是永磁材料發(fā)展的第一個(gè)時(shí)期，如Fe-Ni-Al系、Fe-Cr-Co系、Cu-Ni-Fe系、Cu-Ni-Co系、Fe-Co-V系和Mn-Al-C系等永磁材料，它們的磁能積為40?88kJ/m3。此外還有鋇鐵氧體和鍶鐵氧體永磁材料，其磁能積可達(dá)到25kJ/m3。由于鐵氧體永磁材料的化學(xué)穩(wěn)定性好而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本較低，磁性也不錯(cuò)，至今仍是工業(yè)產(chǎn)量最大的永磁材料。永磁材料發(fā)展的第二個(gè)時(shí)期始于1966年,K.Strnat發(fā)現(xiàn)YCo5具有極高的磁晶各向異性常數(shù)，導(dǎo)致第一代稀土永磁體SmCo5的誕生。以后相繼研究成功Sm2Co17第二代和Nd2Fe14B第三代稀土永磁材料。稀土永磁材料的最大特點(diǎn)是使得器件體積大幅度減小，結(jié)構(gòu)緊湊，有助于電器設(shè)備小型化。主要應(yīng)用：①機(jī)電類(lèi)：電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、磁選機(jī)、電磁式儀表、傳感器、電磁開(kāi)關(guān)等；②家用電器及設(shè)備類(lèi)：照相機(jī)、收錄機(jī)、激光唱機(jī)、錄像機(jī)、空調(diào)、冰箱等；③醫(yī)療器械類(lèi)：心電圖儀、核磁共振成像儀、X射線成像儀、磁療儀、磁按摩器以及外科手術(shù)器械等；④辦公用品類(lèi)：計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等；⑤其他：用于衛(wèi)星導(dǎo)航的微波器件、用于航天飛機(jī)和陀螺儀的磁軸承、磁懸浮列車(chē)等。11.新型合金（1）輕質(zhì)合金鋁鋰合金具有高比強(qiáng)度（斷裂強(qiáng)度/密度）、高比剛度且相對(duì)密度小的特點(diǎn)，如用作現(xiàn)代飛機(jī)蒙皮材料，一架大型客機(jī)可減輕重量50kg。以波音747為例，每減輕1kg，一年可獲利2000美元。鈦合金比鋼輕、耐腐蝕、無(wú)磁性、強(qiáng)度高，是用于航空和艦艇的理想材料。（2）儲(chǔ)氫合金由于石油和煤炭的儲(chǔ)量有限，而且在使用過(guò)程中會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染等問(wèn)題，尤其是20世紀(jì)70年代全球石油危機(jī)，使氫能作為新的清潔燃料成為研究熱點(diǎn)。在氫能利用過(guò)程中，氫的儲(chǔ)運(yùn)是重要環(huán)節(jié)。1969年荷蘭飛利浦公司研制出LaNi5儲(chǔ)氫合金，具有大量的可逆地吸收、釋放氫氣的性質(zhì)，其合金氫化物L(fēng)aNi5H6中氫的密度與液態(tài)氫相當(dāng)，約為氫氣密度的1000倍。儲(chǔ)氫合金是由兩種特定金屬構(gòu)成的合金，其中一種可以大量吸氫，形成穩(wěn)定的氫化物，而另一種金屬雖然與氫的親和力小，但氫很容易在其中移動(dòng)。Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等屬于第一種金屬，F(xiàn)e、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等屬于第二種金屬。前者控制儲(chǔ)氫量，后者控制釋放氫的可逆性。通過(guò)兩者合理配制，調(diào)節(jié)合金的吸放氫性能，制得在室溫下能夠可逆吸放氫的較理想的儲(chǔ)氫材料。（3）超耐熱合金鎳鉆合金能耐1200°C的高溫，可用于噴氣飛機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)件。鎳鉆鐵非磁性耐熱合金在1200°C時(shí)仍具有高強(qiáng)度、韌性好的特點(diǎn)，可用于航天飛機(jī)的部件和原子反應(yīng)堆的控制棒等。尋找符合耐高溫、可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行（10000h以上）、耐腐蝕、高強(qiáng)度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。（4）形狀記憶合金它們具有高彈性、金屬橡膠性能、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，在較低溫度下受力發(fā)生塑性變形后，經(jīng)過(guò)加熱，又恢復(fù)到受熱前的形狀。如Ni-Ti、Ag-Cd、Cu-Cd、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Zn等合金，可用于調(diào)節(jié)裝置的彈性元件（如離合器、節(jié)流閥、控溫元素等）、熱引擎材料、醫(yī)療材料（牙齒矯正材料）