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1、第九章 日用品与化学,西南林业大学 现代生活与化学,一、 玻璃和陶瓷,二、 磁带和电池,四、 粘接材料,三、 涂 料,五、 室内装饰物,一、 玻璃和陶瓷 （一）、玻璃 1玻璃的制造、组成和性质 玻璃是由砂子（含二氧化硅）、石灰石（碳酸钙）、纯碱（碳酸钠）等为原料经高温熔融而制得的，一般均为硅酸盐。常见的钠钙玻璃主成分有二氧化硅（72%）、氧化钠（15%）、氧化钙（9%）和氧化镁（4%）。,无色玻璃，要用少量二氧化锰为去色剂。二氧化锰是氧化剂，它把原料中绿色的二价铁离子（Fe2+）氧化成黄色的三价铁离子（Fe3+），锰变成了紫色的三价锰，黄色和紫色合成白色，玻璃就变成无色的了。 有色玻璃，需加入
2、各种氧化物以着色：加氧化亚铜可得红色玻璃、氧化铜（绿或蓝）、二氧化锰（紫罗兰）、氧化钴（蓝）、氧化铬（绿）、氧化亚铁（绿）、氧化铁（黄）、铀（黄绿）、金（红、紫或蓝）和硒（浅红）等。,玻璃： 具有透明、耐腐蚀、导热性小等优点，适合做窗玻璃； 具有透光性好、密封性好、耐高温、不着火等优点，适于制灯泡及各种灯具； 具有良好的光学性能，广泛用作照相机、眼镜、望远镜的镜头； 还有一定的硬度，耐水、酸（碱）的侵蚀、无毒、稳定，适宜制作各种容器，如酒（水）杯、油瓶、汽水及墨水瓶等，还广泛用于制作实验仪器。,玻璃也会“老化”。原因是微晶化使玻璃的透光性下降，好像蒙上一层雾气。让玻璃经淬火处理而微晶化。微晶玻
3、璃做茶杯，不怕捽，不炸裂；做炒锅，干净美观；做车刀，削铁如泥；做人造骨骼，耐腐耐用；做大型反射望远镜，不胀不缩，能经受冷热裂变。,（2）家用玻璃 镜子 镜子的发展经历了铜镜、汞银、银镜和铝镜等不同阶段。早在3000多年前，我们的祖先开始用青铜镜。 大约在300多年前出现了玻璃镜子。先是汞镜，后是银镜，现在又有的铝镜。 玻璃背面涂水银（汞）的镜子叫汞镜，利用“银镜反应”银可制成银镜。铝镜的制造则是在真空中使铝蒸发，其蒸气凝结在玻璃面上，成为一层薄薄的铝膜，光彩照人，价廉物美。 若将镜子做成凹凸不平的表面，就成为哈哈镜。还有暖瓶。,眼镜 主要是变色眼镜，由光学玻璃或光致变色玻璃制成。其主成分为二氧
4、化硅（62%）、氧化硼（1522%）、氧化铝（7%）、氧化锆（10%、氧化钛（2%）及少量的锂、钠、钾氧化物。在制作过程中渗进了对光敏感的物质，如氯化银、溴化银（统称卤化银）及催化剂氧化铜。,眼镜片从无色变成浅灰、茶褐色，再从黑眼镜变回普通眼镜，都是卤化银变的魔术。 其变色原理大致为：卤化银晶体见光分解释出许多黑色的微粒银，均匀地分布在玻璃里，使镜片颜色变暗，光越强色越暗；当光线消失后，银原子和卤素在氧化铜催化下又会迅速地结合成透明的卤化银微晶，镜片也随之变得透明起来。 卤化银常驻在玻璃里，使这种分解和化合反应反复无穷地进行着。绿色和茶色镜片都能吸收紫外线和红外线，灰色镜片既能阻挡耀眼的阳光，
5、又不改变外界景物的颜色。,如果把窗玻璃都换上光致变色玻璃，晴天或白天时，玻璃是深色的，可部分或全部挡住太阳光的入射；阴雨天或早晨、黄昏时，玻璃是透明的，室外的光线不会被遮挡。这就仿佛扇扇窗户挂上了遮阳窗帘。在一些高级宾馆和车厢里已经采用这些变色玻璃。,器皿玻璃 又称光色玻璃，主成分为钠、钙的硅酸盐。因其熔融温度及软化温度均较低故又称软玻璃。加入各种着色剂，适宜制作瓶、盆、缸、碟等饰物。,3特种玻璃 用特种原料按特殊配方进行特定加工得到的适于特别用途的玻璃，称为特种玻璃，其品种甚多，主要有： 耐热玻璃。主成分为氧化硅、氧化硼、氧化铝等，热膨胀系数小，可耐温度骤变，适宜制作加热仪器如烧杯、蒸馏瓶、
6、温度计等。 光学玻璃。主成分为氧化硅、氧化钠和氧化铅，又称结晶玻璃或燧石玻璃，其特点是折射率高，光学性能好，适宜制作各种镜头和光学镜片等。 辐照玻璃。主要有X光玻璃、红外玻璃和防中子玻璃等。,钢化玻璃。热玻璃淬火后内部分子排列微晶化，用来制作大型望远镜，不胀不缩；做车刀，削铁如泥；制成玻璃锅，干净美观，能直接摆上宴席。 玻璃钢。即玻璃增强塑料，系将玻璃熔化拉成细丝织布后按层压在一起，放在热熔塑料中加热，其强度比同重量的钢材大4倍，比重小、耐腐蚀、不导电，可避子弹。可用此材料做轻型坦克或炮艇，也可制瓦片和家具、撑跳竿和比赛用弓箭。 光导纤维 微孔玻璃 太阳能聚焦镜,二、陶瓷 陶瓷制品为粘土和瓷石
7、制器，由胎体烧 结并进行表面加工而成，主成分为硅酸盐。,1陶瓷的分类和化学特征 硅酸盐基胎体未经致密烧结，不论有色或无色，均称为陶器。胎体基本烧结，表面上釉的称为瓷器。按釉色再细分为青瓷、白瓷和彩瓷。 胎体为金属并上釉的称为搪瓷，又分为铁、铜、铝坯几类。胎体粘土的主成分为铝硅酸盐矿物，以高岺土为代表，由氧化硅、氧化铝和水组成（三者含量分别为39.5%、46.54%和13.96%）。 瓷器及搪瓷表面的光滑玻璃质层叫做釉，分白釉和彩釉两类。白釉主成分为氧化硅（6069%）、氧化铝（1419%）、氧化钙（715%）和氧化镁（47%）等，近于硬质玻璃。彩釉系在白釉基体上加入各种金属氧化物烧熔后显出不同
8、颜色而得。,唐三彩为唐代陶器的代表，是低温铅釉陶器，用白色粘土作胎；用含有铜、铁、锰、钴等矿物作釉料着色剂，釉、里还加入铅作助熔剂，、最后经低温、（800左右）烧制而成。釉色有绿（铜）、赭（铁）、蓝（钴）三色，故称“唐三彩”，其实几种釉色互相渗化，又产生许多新色，再加上年代久远，有些颜色变化，所以现在呈现出来的颜色不只三种，而是绚烂多彩、富丽堂皇。,2家用陶瓷 主要有器皿和装饰品两类。 器皿陶瓷。包括餐具、坛罐等，名品 有宜兴釉陶、醴陵青瓷及白瓷、景德镇素三彩。 仿古陶瓷。如唐三彩，系1899年从洛阳唐墓中出土的以黄、绿、蓝、白四色为主的经二次烧成的彩釉陶。,3特种陶瓷 透明陶瓷。用纯度很高、
9、粒度很细的氧化铝在特制的高温炉中烧成。这种陶瓷气孔少、抗腐蚀、强度高、耐高温，适于制作城市照明的高压钠灯。还可用于制作红外线制导的各种导弹光学部件、防弹装甲、观察核爆炸闪光的护目镜、立体电视的观察镜等。 金属陶瓷。系在粘土中掺入金属细粉烧成，兼有陶瓷耐高温、高硬度、抗氧化腐蚀及金属韧而不脆的多方面优异性能。如常用的钴陶瓷用作宇宙火箭喷火道材料。还可作切削金属的刀具及在原子核反应堆里作抗液钠侵蚀的器件。,4搪瓷 搪瓷是一类重要的家庭用品。 一般的搪瓷制品是用铁坯上釉制得的，这种釉称为珐瑯，其主成分为硅酸盐，类似于硬质玻璃。 这种制品强度高、韧性好、耐腐蚀、轻便，除适于制作碗、杯、盘、碟外，还用以
10、制脸盆、浴缸、水桶等。 缺点是不宜直接加热，因为金属与釉的膨胀系数不同。著名的景泰蓝是将珐瑯涂在铜坯上的我国特有工艺品。此外，徽章或标牌是由珐瑯涂在铝坯上制成的。,二、 磁带和电池,（一）、磁带 主要有录音、录像磁带及计算机软盘、光盘等，均用化学纤维（或金属）片基涂布磁性材料制成，其质量取决于磁性物质的物理及化学性能。,常用的磁质主要有四种： 铁、钴、镍及其合金。是最早用的磁带材料，迄今 仍用于普通录音带； 氧化铁型。优点是化学稳定性和热稳定性好，磁性随温度变化小，使用寿命长，适于制作录像带及高级录音带； 钴改性型。主要有钴改性的氧化铁，其化学组成相当于Cox Fe3-x O4； 氧化铬型。主
11、要含二氧化铬（CrO2），适于制作电子计算机软盘。,物质的磁性是由于组成该物质的晶格中存在自旋平行的电子。,二、电池 电池是利用氧化还原反应即电子转移反应由化学能转变成电能从而产生电流的装置，又称化学电池。在这种装置中化学反应不经过热能直接转换成电能，若反应不可逆或不能再生者称为一次电池或原电池，如通常用的干电池；若反应可逆，由外部供给电能可再生者称为二次电池或蓄电池，如铅（酸）蓄电池等。 1一次电池 锌锰干电池 锌（壳）为负极、二氧化锰连接炭棒为正极，以氯化铵为电解质。通常为1.55伏。 空气电池（略）,2二次电池 电化学反应中没有气体放出，无需 去极化剂，可反复充、放电，主要有： 铅（酸）
12、蓄电池 负极为海绵状铅，正极为二氧化铅（连炭棒或其它导体），电解液为硫酸。铅蓄电池系大容量稳定电池，可反复充电1000次以上，主要用于汽车及各种需稳压直流电源的仪器。 碱蓄电池 以铁为负极，氢氧化镍镍为正极，以氢氧化钾为电解质。现今多用镉代铁为负极，其特点是可在2045应用，并且经久（725年）耐震。,3高科技电池 为适应军事、气象、医疗等各方面特殊需要，主要有： 耐寒干电池 在锌锰电池基础上用氯化钙、氯化锌、氯化铵或氯化锂以至有机胺为电解质，旨在提高电导和降低凝固温度，适用于边防、极地、火箭、气象观测等部门。 耐热电池 主要有汞干电池，以锌为负极，氧化汞石墨为正极，氢氧化钾氧化锌为电解液，两
13、极间的隔离胶质为羧甲基纤维素、聚苯乙烯及多孔性聚乙烯醇膜等。该电池的特点是可耐100高温，容量大，电压波动小，适用于火箭、人造卫星。,燃料电池 在碳膜上布满铂粉作催化剂，通入氢气和氧气平稳反应，既得电流，又得净水。已装备于阿波罗飞船上。 充电电池 主要有镍镉电池及银锌电池，以相应的金属及其氧化物为正、负极，氢氧化钾为电解质，其特点是形状小、重量轻、性能稳定，其容量为普通电池的20倍以上，可充电1000次以上。适用于电视摄像机、通信及水下电器及空间飞船的供电需要。,太阳能电池 用硒光敏元件将太阳能直接转化为电能，关键在于膜的效率。 微型电池 主要是锂电池，系70年代发展的新型化学电源，可用作心脏
14、起搏、生物遥控监视器、手表、手机及计算器等的电源。可做成钮扣式、圆柱形或薄币式。其特点是供电连续，长时间（35年）不间歇，电流很小（微安毫安量级），电压稳定，使用温度范围宽广（5060）。,锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳。 常见的正极材料主要成分为 LiCoO2 ，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合。锂离子的移动产生了电流。,化学反应原理虽然很简单，然而在实际的工业生产中，需要考虑的实际问题要多得多： 正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性
15、，负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子；填充在正负极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，减小电池内阻。,三、涂 料 按化学性质及用途分无机涂料、有机涂料和特种 涂料等几种。,（一）、无机涂料 无机涂料通常有白色和有色颜料两类，前者在可见光区不发生吸收，后者则吸收某种波长的光，它们均可用于透明漆膜和釉面。,从实用功能角度看，主要有透明色料和防锈颜料 透明色料是将颜料在植物油中分散，不改变基质结构如纹路、花型的前提下使物体着色，主要用于木料、塑料面及皮革上色，包装材料印刷和汽车外壳的高级面漆。 常用的有氧化铁黄（FeOOH）、氧化铁红（Fe2O3）、水合氧化铬绿Cr4O
16、3(OH)6、氧化铬绿（Cr2O3SiO2）等等，其中以氧化铁红最重要。因为它着色好、抗辐射、热稳定性优良。防锈颜料是利用颜料与基质、粘合剂及渗进的水分在界面发生作用，防止空气、二氧化碳及其它杂质的透入或通过吸收和反射作用使有机粘合剂与紫外线隔离，因而收到物理保护和化学防护的功效。,（二）、有机涂料 主要指油漆及塑料涂制品。 涂料的组成通常包含成膜物质、溶剂和颜料三种成分。成膜物质又分为油料和脂两类。油料有干性油（如桐油）、亚麻籽油，半干性油（如有豆油、向日葵油等）。树脂则有多种合成树脂如醇酸树脂、硝化纤维。溶剂，如乙酸异戊酯、汽油等可以溶解树脂，并且挥发速度适中。颜料，主要是金属氧化物或各种染料。,油漆种类甚多，其功能随实际要求而异。较重要的油漆有： 中国漆。又名大漆，是漆树的分泌物，主成分为漆酚。新从漆树剖出的漆汁含有相当多的水分，称为生漆，脱水后成为深色粘稠状物，称为熟漆。可用桐油等稀释，其本色呈紫黑，甚为秀美
