最廣泛使用的非金屬材料類型

2022-02-2711:00:00已關(guān)閉評論

非金屬材料在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，通常作為不能使用傳統(tǒng)金屬材料的解決方案。

非金屬材料具有一系列物理和化學(xué)特性，包括具有低導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，使其成為良好的絕緣體，并具有很高的耐化學(xué)性和耐腐蝕性。然而，它們可能很脆，并且往往具有低熔點或沸點。當施加應(yīng)力時，非金屬材料通常會表現(xiàn)出彈性、塑性或粘性響應(yīng)。

要了解非金屬材料的潛在特性、質(zhì)量和廣泛的應(yīng)用，值得更多地了解它們背??后的科學(xué)。

非金屬元素科學(xué)

14 種元素幾乎總是包含在非金屬元素列表中，有時還會添加多達 9 種以上的元素，包括氣體（氫、氦、氮、氧、氟、氖、氯、氬、氪、氙和氡）、液體（溴）和一些固體（碳、磷、硫、硒和碘）。所有這些元素都是有機化合物的基本組成部分，并在其原子和化學(xué)行為方面顯示出一系列特性。

這些行為差異是原子間和分子間鍵合強度差異的結(jié)果，但大多數(shù)具有一些共同特性，包括：

形成離子/共價鍵
易碎且不可延展
低熔點/沸點
高電離能和電負性
熱和電的不良導(dǎo)體

并非所有非金屬都具有所有這些共同特性，例如，碳是良好的電導(dǎo)體，而許多聚合物具有延展性且易于成型。

非金屬包括元素周期表 S 區(qū)中的所有元素以及 P 區(qū)中約 58% 的元素。

非金屬元素分類

從化學(xué)上講，非金屬可分為兩種：

共價材料包含具有小尺寸、高電負性、低價空位與電子比的原子，并且在化學(xué)反應(yīng)中傾向于形成負離子并在其化合物中具有負氧化態(tài)。
離子材料，包含大原子和小原子，可以通過向原子添加或提取電子來形成離子。在這些材料中，非金屬或者作為單原子陰離子存在，或者作為多原子陰離子的成分存在。

非金屬也可分為反應(yīng)性非金屬（氫 (H)、碳 (C)、氮 (N)、氧 (O)、磷 (P)、硫 (S)、硒 (Se)）、鹵素（氟 (F)、氯 (Cl)、溴 (B)、碘 (I)、砹 (As)）和惰性氣體（氦 (He)、氖 (Ne)、氬 (Ar)、氪 (Kr) , 氙 (Xe), 氡 (Rn), 元素 118 (oganesson Og))。

氫：金屬還是非金屬？

氫被歸類為非金屬，但它顯示出與其他非金屬不同的獨特特性，因此難以分類。氫以氣體的形式自然存在，與其他非金屬一樣形成共價鍵，但它也可以脫落其單電子并形成帶正電的離子，如金屬。這種獨特的特性組合使物理學(xué)家希拉德亨廷頓和尤金維格納在 1935 年預(yù)測，氫會在極高的溫度或壓力下凝結(jié)成金屬液體或固體。預(yù)計這一階段的氫會表現(xiàn)得像金屬，并成為電和熱的良好導(dǎo)體。人們認為液態(tài)金屬氫可能存在于土星和木星等氣態(tài)巨行星的核心，這可以解釋這些行星的強大磁場。然而，至少目前，

非金屬材料示例

非金屬材料可以由有機和無機化合物制成，包括一系列不同的復(fù)合材料、聚合物、紡織品和乙烯基材料。

廣泛使用的非金屬材料的常見示例包括：

粘合劑
陶瓷
軟木
纖維
毛氈
潤滑劑
塑料（熱固性和熱塑性塑料）
橡皮

非金屬材料的優(yōu)勢

非金屬物質(zhì)具有獨特的特性，使其比金屬具有一系列優(yōu)勢：

1.成本

非金屬材料的成本往往比金屬材料低得多。

2.可獲得

非金屬材料可以比許多金屬更快地生產(chǎn)和獲得，從而提高生產(chǎn)效率。

3. 優(yōu)良特性

非金屬的特性可以使其在某些應(yīng)用中優(yōu)于金屬。缺乏導(dǎo)電性意味著非金屬可以用作電絕緣體，它們的低導(dǎo)熱性意味著它們可以用作耐熱應(yīng)用，例如平底鍋的把手。非金屬材料也比金屬更耐化學(xué)品和腐蝕，使其能夠在惡劣的環(huán)境中使用。

非金屬材料的應(yīng)用

非金屬的各種優(yōu)點意味著非金屬材料有一系列的實際應(yīng)用，包括：

絕緣體：由于非金屬部件不導(dǎo)電，因此它們是電氣部件和布線的良好絕緣體
石油和天然氣生產(chǎn)：非金屬的耐腐蝕和輕質(zhì)特性使其易于用于石油和天然氣行業(yè)的管道和襯里。
燃料：幾個世紀以來，碳一直被用作燃料來源，主要以煤的形式出現(xiàn)。
汽車、飛機和船舶制造：由于重量輕，許多非金屬部件，如塑料和玻璃纖維，被用于汽車、航空航天和海洋工業(yè)。
膠帶和粘合劑：非金屬材料用于膠帶和粘合劑，因為它們可以承受腐蝕和高溫等極端條件。
密封：由于它們能夠在各種條件下保持有效，非金屬可以制成良好的密封。
泡沫和橡膠：泡沫和橡膠等非金屬材料在各種應(yīng)用中都很常見。

常見問題

兩類非金屬材料是什么？

從化學(xué)的角度來看，非金屬材料可分為共價材料和離子材料。這些包括氣體、液體和固體材料，可以是反應(yīng)性材料、鹵素或稀有氣體。

什么是非金屬物體？

非金屬物體是那些不含金屬元素的物體。它們通常具有低導(dǎo)熱性或?qū)щ娦?，并表現(xiàn)出良好的耐化學(xué)性和耐腐蝕性。

有哪些非金屬元素的例子？

元素周期表中的非金屬元素包括氫、碳、氮、氧、磷、硫、硅、硼、碲和硒。它們還包括鹵素（氟、氯、溴、碘和砹）和稀有氣體（氦、氖、氬、氪、氙和氡）。

5 非金屬特性是什么？

人們常說非金屬具有五種共同特性，然而，并非所有非金屬都具備所有這些特性。雖然大多數(shù)非金屬的熔點較低，但例如鹽的熔點非常高，為 801 °C。

盡管有例外，但普遍接受的非金屬特性是：

1. 形成共價/離子鍵

非金屬形成共價鍵或離子鍵以產(chǎn)生化合物。

共價鍵是兩個元素共享價電子直到形成完整的殼層。共價化合物包括乙醇、葡萄糖和二氧化碳。共價鍵合的化合物在其中的元素之間共享電子，以實現(xiàn)穩(wěn)定的電子構(gòu)型，并且往往表現(xiàn)出分子幾何形狀的最大變化。共價化合物還具有使電子對之間的靜電排斥量最小化的形狀。

離子鍵與一種元素從另一種元素中獲取電子形成陽離子和陰離子。帶相反電荷的離子相互吸引，結(jié)合在一起形成離子化合物。這些化合物包括食鹽、碳酸鹽、硫酸鹽和氯化鉀。大多數(shù)離子化合物將自身排列成晶格結(jié)構(gòu)，并傾向于在具有不同負電性的元素之間形成（ΔEN > 2.0）。

2.易碎

無論是由離子鍵還是共價鍵形成，大多數(shù)非金屬都是易碎的，并且會在外力作用下破碎，這與具有延展性和延展性的金屬不同。大多數(shù)非金屬化合物在成型時會失去強度，并且不能變形超過設(shè)定點而不破裂。

共價鍵或離子鍵的性質(zhì)是非金屬脆性的原因，因為它們都會排列共享或捕獲的電子以最小化靜電排斥。在離子化合物中，正電子和負電子在晶體結(jié)構(gòu)中被鎖定在一起。力可以改變這種結(jié)構(gòu)，從而使負電子與正電子對齊，而不是正電子與正電子對齊，而負電子與負電子對齊，從而引起使化合物斷裂的排斥力。共價鍵也以一種特殊的方式形成，可以通過施加機械力來干擾，從而使化合物斷裂。?

相比之下，金屬具有離域的電子鍵，它們可以相互移動和滑過而不會斷裂，從而賦予金屬延展性和延展性。

3. 低熔點/沸點

雖然并非所有非金屬化合物都具有低熔點和沸點，但它們的熔點和沸點往往??比金屬低，這就是為什么許多非金屬在室溫下呈氣態(tài)的原因。 ?

低熔點和沸點是由于非金屬中相對較弱的分子間相互作用，并且對于共價化合物比離子化合物更明顯。分子間結(jié)構(gòu)的強度決定了材料的相行為，與大多數(shù)非金屬相比，金屬表現(xiàn)出強烈的分子間吸引力。共價化合物具有最弱的分子間吸引力，因為它們是電中性的。離子化合物比共價化合物強，但隨著它們被加熱，離子化合物中粒子的動能增加。這種動能最終克服了靜電引力，導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)破裂。

4. 高電離能/電負性

非金屬原子往往具有高水平的電離能，這意味著很難從中去除電子。這種高電離能是由于與它們的電子殼的飽滿程度相比，它們的原子核尺寸較大。這些大的、帶正電的原子核強烈地吸引它們的電子，使它們難以去除。這種吸引力甚至可以從相鄰原子中去除電子，并解釋了為什么非金屬比金屬更傾向于負電。當您在元素周期表上向左移動時，這些高電離能和電負性會增加。