材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类常用的材料除金属外，还有无机非金属材料等。

从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学性能。

随着工业生产和社会发展对材料性能的要求的提高，一批新型的无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。

传统的无机非金属材料主要成分多为硅酸盐。日常生活中，如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。

思考：这些硅酸盐材料大多数有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点，与硅酸的内部结构有什么关系。

硅氧四面体

硅酸盐中，硅原子和氧原子构成了硅氧四面体，每个Si结合4个O，Si在中心，O在4个顶点，形成了一个正四面体。

许多这样的正四面体通过O相互连接，每个O为两个Si共有，这样形成了特殊的空间网状结构，也就决定了硅酸盐特殊的性质。

1、陶瓷

生产原料：黏土，主要成分为含水的铝硅酸盐。

生产设备及条件：在陶瓷窑中经高温烧结。

主要用途：生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。

2、玻璃

生产原料：纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)。

生产设备及条件：原料混合粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理化学变化。主要成分是硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)。

主要用途：生产建筑材料、光学仪器和各种器皿、制造玻璃纤维用于高强度的复合材料等。

不同性能和用途的玻璃：含铅的光学玻璃透光性好、折射率高，可以用来制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜。加入硼酸盐的耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，可用于实验室的玻璃仪器。加入一些金属氧化物或盐可得到彩色玻璃、常用于建筑和装饰。

3、水泥

主要原料：石灰石、黏土，加上其它的辅料如石膏。

生产设备及条件：将原料混合、研磨后，在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理化学变化，加入适量的石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉。

主要用途：大量用于建筑和水利工程。

4、硅酸钠

硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐。一般的硅酸盐都不溶于水，结构复杂，硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。如，将其浸泡木材、纺织品后可得到防火木材和纺织品。

硅酸（H2SiO3）是一种不溶于水的很弱的酸，酸性比碳酸还弱，不能使指示剂变色，易形成胶体。硅酸受热易分解生成二氧化硅（SiO2）。

新型无机非金属材料已经突破了传统的硅酸盐体系。单晶硅、二氧化硅等有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料。含碳、氮等元素的材料在航天、能源和医疗领域有着广泛的应用。

1、硅和二氧化硅

现代信息技术的基础是建立在半导体材料的基础上的。

(1)硅的原子结构和物理特性

硅元素位于元素周期表第三周期、第ⅣA族，处于金属与非金属的过渡位置。其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最广泛的半导体材料。