硅物化知識點(diǎn)整理

1、第一章相平衡習(xí)題與解答1. 解釋下列名詞：凝聚系統(tǒng)，介穩(wěn)平 衡，低共熔點(diǎn)，雙升點(diǎn)，雙降點(diǎn)，馬鞍 點(diǎn)，連線規(guī)則，切線規(guī)則，三角形規(guī)則， 重心規(guī)則。解:凝聚系統(tǒng)：不含氣相或氣相可以忽 略的系統(tǒng)。介穩(wěn)平衡：即熱力學(xué)非平衡態(tài)，能量處于較高狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)于硅酸鹽系統(tǒng) 中。低共熔點(diǎn)：是一種無變量點(diǎn)，系統(tǒng)冷卻 時幾種晶相同時從熔液中析出，或加熱 時同時融化。雙升點(diǎn)：處于交叉位的單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。雙降點(diǎn)：處于共軛位的雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。馬鞍點(diǎn)：三元相圖界線上溫度最高點(diǎn)，同時又是二元系統(tǒng)溫度的最低點(diǎn)。連線規(guī)則：將一界線(或其延長線)與 相應(yīng)的連線(或其延長線)相交，其交 點(diǎn)是該界線上的溫度最高點(diǎn)。切線規(guī)則：將界線上某一點(diǎn)所作的切

2、線 與相應(yīng)的連線相交，如交點(diǎn)在連線上， 則表示界線上該處具有共熔性質(zhì)；如交 點(diǎn)在連線的延長線上，則表示界線上該 處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠(yuǎn)離交點(diǎn)的晶相被回 吸。三角形規(guī)則：原始熔體組成點(diǎn)所在副三角形的三個頂點(diǎn)表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物；與這三個物質(zhì)相應(yīng)的初初晶區(qū) 所包圍的三元無變量點(diǎn)是其結(jié)晶結(jié)束 點(diǎn)。重心規(guī)則：如無變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角 形的重心位，則該無變點(diǎn)為低共熔點(diǎn)： 如無變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的交叉 位，則該無變點(diǎn)為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)；如無變點(diǎn) 處于其相應(yīng)副三角形的共軛位，則該無 變點(diǎn)為雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。2、在三元系統(tǒng)的相圖分析中，切線規(guī) 則與連線規(guī)則分別是如何在相圖中應(yīng) 用的？分析兩個規(guī)則的應(yīng)用原理與范 圍。解：切

3、線規(guī)則用在判斷三元系統(tǒng)相圖中，各界線的性質(zhì)即界線上的任一點(diǎn)在 析晶過程中發(fā)生什么反應(yīng)，是一致熔過 程還是轉(zhuǎn)熔過程。過界線上任一點(diǎn)切線，與對應(yīng)的連線相 交，則是低共熔過程。與延長線相交， 為轉(zhuǎn)熔過程。連線規(guī)則用在判斷三元系 統(tǒng)相圖中，各界線上的溫度變化。即連 線與相應(yīng)界線相交，交點(diǎn)是連線上的溫 度最低點(diǎn)，又是界線上的溫度最高點(diǎn)。4. SiO2具有很高的熔點(diǎn)，硅酸鹽玻璃的 熔制溫度也很高。現(xiàn)要選擇一種氧化物 與SiO2在800 C的低溫下形成均一的 二元氧化物玻璃，請問，選何種氧化 物？加入量是多少？解：根據(jù)Na2O-SiO2系統(tǒng)相圖可知最 低共熔點(diǎn)為799 C。故選擇Na2O能與SiO2在800

4、C的低溫下形成均一的二元氧化物玻璃。10. 相律應(yīng)用必須注意哪幾點(diǎn)？答：(1)相律是根據(jù)熱力學(xué)平衡條件推 導(dǎo)而得，因而只能處理真實(shí)的熱力學(xué)平 衡體系。(2) 相律表達(dá)式中的“ 2 ”是代表外 界條件溫度和壓強(qiáng)。如果電場、磁場或 重力場對平衡狀態(tài)有影響，則相律中的“ 2” 應(yīng)為“ 3”、“ 4 ”、“ 5 ”。如果 研究的體系為固態(tài)物質(zhì)，可以忽略壓強(qiáng) 的影響，相律中的“ 2”應(yīng)為“ 1 ”。(3) 必須正確判斷獨(dú)立組分?jǐn)?shù)、獨(dú) 立化學(xué)反應(yīng)式、相數(shù)以及限制條件數(shù)， 才能正確應(yīng)用相律。(4) 自由度只取“ 0”以上的正值。如果出現(xiàn)負(fù)值，則說明體系可能處于非 平衡態(tài)。12.淬冷法的最大優(yōu)點(diǎn)有哪些？適用的

5、 對象是什么？答：最大優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高。因?yàn)殚L時間 保溫較接近平衡狀態(tài)，淬冷后在室溫下 又可對試樣中平衡共存的相數(shù)、各相的 組成、形態(tài)和數(shù)量直接進(jìn)行測定。適用對象：適用于相變速度慢的系統(tǒng)，如果快則在淬冷時發(fā)生相變。14. 穩(wěn)定相與介穩(wěn)相的區(qū)別是什么？ 答：(1)每一個穩(wěn)定相有一個穩(wěn)定存在 的溫度范圍，超過這個范圍就變成介穩(wěn) 相。(2) 在一定溫度下，穩(wěn)定相具有最 小蒸汽壓。(3) 介穩(wěn)相有向穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變的趨 勢,但從動力學(xué)角度講，轉(zhuǎn)變速度很慢， 能長期保持自己的狀態(tài)。15. 在耐火材料硅磚的生產(chǎn)中，為什么 鱗石英含量越多越好，而方石英越少越 好？答：石英、鱗石英和方石英三種變體的 高低溫型轉(zhuǎn)變中，

6、方石英.V變化最 大，石英次之，而鱗石英最小。如果制 品中方石英含量大，則在冷卻到低溫 時，由于a-方石英轉(zhuǎn)變成 方石英有 較大的體積收縮而難以獲得致密的硅 磚制品。16. 三兀系統(tǒng)組成的表示方法？在三兀 系統(tǒng)組成中有哪些關(guān)系？答：表示方法：在三元系統(tǒng)中用等邊三 角形來表示組成。關(guān)系：等含量規(guī)則；定比例規(guī) 則；杠桿規(guī)則；重心規(guī)則；交叉 位置規(guī)則；共軛位置規(guī)則。17. 在三元系統(tǒng)中有哪幾條重要規(guī)則？它們的用途和定義分別是什么？答：連線規(guī)則：用途：用來判斷界線的溫度走向。定義：將界線(或延長線)與相應(yīng)的 連線相交，其交點(diǎn)是該界線上的溫度最 高點(diǎn)；溫度走向是背離交點(diǎn)。切線規(guī)則：用途：用于判斷三元相圖

7、上界線的性 質(zhì)。定義：將界線上的某一點(diǎn)所作的切線 與相應(yīng)的組成的連線相交，如交點(diǎn)在連 線上，則表示界線上該處具有共熔性 質(zhì)；如交點(diǎn)在連線的延長線上，則表示 界線上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠(yuǎn)離交點(diǎn)的 晶相被回吸。重心規(guī)則：用途：用于判斷無變量點(diǎn)的性質(zhì)。定義：無變量點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形 的重心位， 則為共熔點(diǎn)； 無變量點(diǎn)處于 其相應(yīng)副三角形的交叉位， 則為單轉(zhuǎn)熔 點(diǎn)；無變量點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的共 軛位，則為雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。三角形規(guī)則： 用途：確定結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶終點(diǎn)。 定義：原始熔體組成點(diǎn)所在三角形的 三個頂點(diǎn)表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物； 與這三個物質(zhì)相應(yīng)的初晶區(qū)所包圍的 三元無變量點(diǎn)是其結(jié)晶終點(diǎn)。第二、 三章

8、 晶體及晶體缺陷 習(xí)題與解答1 名詞解釋（a）晶體與晶體常數(shù)（b）類質(zhì)同晶和 同質(zhì)多晶（d）同晶取代與陽離子交換（e）尖晶石與反尖晶石（f）晶胞與晶 胞參數(shù)（g）配位數(shù)與配位體（h）同質(zhì) 多晶與多晶轉(zhuǎn)變（i）位移性轉(zhuǎn)變與重 建性轉(zhuǎn)變（j）晶體場理論與配位場理 論 答：（a）晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間 成周期性重復(fù)排列的固體。 或晶體是具 格子構(gòu)造的固體。 晶體常數(shù)： 晶軸軸率 或軸單位，軸角。（b）類質(zhì)同象：物質(zhì)結(jié)晶時，其晶體 結(jié)構(gòu)中部分原有的離子或原子位置被 性質(zhì)相似的其它離子或原子所占有， 共 同組成均勻的、 呈單一相的晶體， 不引 起鍵性和晶體結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象。 同質(zhì)多晶：同一化學(xué)組成在不同

9、熱力學(xué) 條件下形成結(jié)構(gòu)不同的晶體的現(xiàn)象。（c）二八面體型：在層狀硅酸鹽礦物 中，若有三分之二的八面體空隙被陽離 子所填充稱為二八面體型結(jié)構(gòu)。 三八面體型： 在層狀硅酸鹽礦物中， 若 全部的八面體空隙被陽離子所填充稱 為三八面體型結(jié)構(gòu)。（d）同晶取代：雜質(zhì)離子取代晶體結(jié) 構(gòu)中某一結(jié)點(diǎn)上的離子而不改變晶體 結(jié)構(gòu)類型的現(xiàn)象。陽離子交換： 在粘土礦物中， 當(dāng)結(jié)構(gòu)中 的同晶取代主要發(fā)生在鋁氧層時， 一些 電價低、半徑大的陽離子 （如 K+、Na+ 等）將進(jìn)入晶體結(jié)構(gòu)來平衡多余的負(fù)電 荷，它們與晶體的結(jié)合不很牢固， 在一 定條件下可以被其它陽離子交換。（e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶 體結(jié)構(gòu)中，若A

10、2+分布在四面體空隙、 而 B3+ 分布于八面體空隙， 稱為正尖晶 石；反尖晶石：若A2+分布在八面體空隙、 而B3+ 一半分布于四面體空隙另一半 分布于八面體空隙， 通式為 B（AB）O4 ， 稱為反尖晶石。（f）任何晶體都對應(yīng)一種布拉菲格子， 因此任何晶體都可劃分出與此種布拉 菲格子平行六面體相對應(yīng)的部分， 這一 部分晶體就稱為晶胞。 晶胞是能夠反映 晶體結(jié)構(gòu)特征的最小單位。 表示晶體結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)（ a、 b、 c，a （b人c）、B （a人c）、Y （a人b）稱為晶 胞常數(shù)，晶胞參數(shù)也即晶體常數(shù)。（g）：配位數(shù)：晶體結(jié)構(gòu)中與一個離 子直接相鄰的異號離子數(shù)。 配位體：晶 體結(jié)構(gòu)中與某一個

11、陽離子直接相鄰、 形 成配位關(guān)系的各個陰離子中心連線所 構(gòu)成的多面體。（h）同質(zhì)多晶：同一化學(xué)組成在不同 外界條件下（溫度、壓力、 pH 值等）， 結(jié)晶成為兩種以上不同結(jié)構(gòu)晶體的現(xiàn) 象。多晶轉(zhuǎn)變： 當(dāng)外界條件改變到一定 程度時，各種變體之間發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變， 從一種變體轉(zhuǎn)變成為另一種變體的現(xiàn) 象。（i）位移性轉(zhuǎn)變：不打開任何鍵，也 不改變原子最鄰近的配位數(shù)， 僅僅使結(jié) 構(gòu)發(fā)生畸變， 原子從原來位置發(fā)生少許 位移，使次級配位有所改變的一種多晶 轉(zhuǎn)變形式。 重建性轉(zhuǎn)變： 破壞原有原子 間化學(xué)鍵， 改變原子最鄰近配位數(shù)， 使 晶體結(jié)構(gòu)完全改變原樣的一種多晶轉(zhuǎn) 變形式。（j）晶體場理論：認(rèn)為在晶體結(jié)構(gòu)中，

12、 中心陽離子與配位體之間是離子鍵， 不 存在電子軌道的重迭， 并將配位體作為 點(diǎn)電荷來處理的理論。 配位場理論： 除 了考慮到由配位體所引起的純靜電效 應(yīng)以外，還考慮了共價成鍵的效應(yīng)的理 論。2、在氧離子面心立方密堆積結(jié)構(gòu)中， 對于獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)各需何種價離子， 其 中：（ 1）所有八面體間隙位置均填滿； （ 2） 所有四面體間隙位置均填滿；（ 3）填 滿一半八面體間隙位置；（ 4）填滿一 半四面體間隙位置。 并對每一種堆積方 式舉一晶體實(shí)例說明之。答：（ 1）填滿所有的八面體空隙，2價陽離子， MgO；（2）填滿所有的四面體空隙， 1 價陽 離子， Li2O；（ 3）填滿一半的八面體空隙， 4

13、 價陽離子， TiO2；（4）填滿一半的四面體空隙， 2 價陽 離子， ZnO。3、Li2O 晶體， Li+ 的半徑為 0.074nm，O2-的半徑為0.14Onm，其密度為 1.646g/cm3，求晶胞常數(shù)a0;晶胞中Li2O 的分子數(shù)。解：按照已知密度計(jì)算： 根據(jù)已知離子半徑計(jì)算： LiO4 的棱為 小立方體的面對角線。將已知數(shù)值代入上式并解方程得：4、試解釋：（a）在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，NaCI型結(jié) 構(gòu)最多；（b）MgAI2O4 晶體結(jié)構(gòu)中，按 r+/r- 與CN關(guān)系，Mg2+、Al3+都填充八面 體空隙，但在該結(jié)構(gòu)中Mg2+進(jìn)入四面 體空隙， Al3+ 填充八面體空隙；而在MgFe2O4

14、結(jié)構(gòu)中，Mg2+填充八面體空 隙，而一半Fe3+填充四面體空隙。（c）綠寶石和透輝石中Si:O都為1:3, 前者為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，后者為鏈狀結(jié)構(gòu)。答：（a）在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，一般 陰離子 X 的半徑較大，而陽離子 A 的 半徑較小，所以 X 做緊密堆積， A 填 充在其空隙中。 大多數(shù) AX 型化合物的 葉/r-在0.4140.732之間，應(yīng)該填充在 八面體空隙，即具有 NaCI型結(jié)構(gòu)；并 且NaCI型晶體結(jié)構(gòu)的對稱性較高，所 以AX型化合物大多具有NaCI型結(jié)構(gòu)。（b）按照陽、陰離子半徑比與配位數(shù) 之間的關(guān)系，AI3+與Mg2+的配位數(shù)均 應(yīng)該為6,填入八面體空隙。但是，根 據(jù)鮑林規(guī)則，高電價離

15、子填充于低配位 的四面體空隙時，排斥力要比填充八面 體空隙中較大，穩(wěn)定性較差，所以AI3+ 填入八面體空隙，而Mg2+填入四面體 空隙。而在MgFe2O4結(jié)構(gòu)中，由于Fe3+的八 面體擇位能為0，可以進(jìn)入四面體或八 面體空隙，當(dāng)配位數(shù)為4時，F(xiàn)e3+離子 半徑0.049nm, Mg2+離子半徑0.057nm, Fe3+在四面體空隙中更加穩(wěn) 定，所以Mg2+填充八面體空隙、一半 Fe3+填充四面體空隙。（c）綠寶石和透輝石中Si： O都為1：3。但是，綠寶石中的其它陽離子 Be2+ 和AI3+的離子半徑較小，配位數(shù)較?。?或6），相互間斥力較大，所以綠 寶石通過SiO4頂角相連形成六節(jié)環(huán)， 再通

16、過Be2+和AI3+將六節(jié)環(huán)連接起 來，離子堆積結(jié)合狀態(tài)不太緊密， 這樣 晶體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。透輝石中是Mg2+和 Ca2+，離子半徑較大，配位數(shù)較大（分 別為6和8），相互間斥力較小，所以 透輝石通過SiO4頂角相連形成單鏈， 離子堆積結(jié)合狀態(tài)比較緊密。10、簡答題（1）試述玻璃和晶體的差別？（2）晶胞與空間格子是何種關(guān)系？答：（1）晶體的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間 作有規(guī)律的重復(fù)排列，兼具短程有序和 長程有序的結(jié)構(gòu)。而玻璃的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)則 呈近程有序而遠(yuǎn)程無序的無規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)或微晶子結(jié)構(gòu)。與非晶體比較晶體具 有自限性、均一性、異向性、對稱性、 最小內(nèi)能和穩(wěn)定性。（2）晶胞是指能夠充分反映整個晶體 結(jié)構(gòu)特征

17、的最小結(jié)構(gòu)單位，晶體可看成 晶胞的無間隙堆垛而成。晶胞的形狀大 小與對應(yīng)的單位平行六面體完全一致， 并可用與平行六面體相同的參數(shù)來表 征晶胞的幾何特征。其區(qū)別是單位平行 六面體是不具任何物理、化學(xué)特征的幾 何點(diǎn)（等同點(diǎn)）構(gòu)成的。而晶胞則是實(shí) 在的具體質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成。11以NaCI晶胞為例，試說明面心立 方緊密堆積中的八面體和四面體空隙 的位置和數(shù)量。答：以 NaCI晶胞中（001）面心的一個球（CI離子）為例， 它的正下方有1個八面體空隙（體心位 置），與其對稱，正上方也有1個八面 體空隙；前后左右各有1個八面體空隙（棱心位置）。所以共有6個八面體空 隙與其直接相鄰，由于每個八面體空隙 由6個球構(gòu)成

18、，所以屬于這個球的八面 體空隙數(shù)為6 X 1/6=1 o在這個晶胞中，這個球還與另外2個面 心、1個頂角上的球構(gòu)成4個四面體空 隙（即1/8小立方體的體心位置）；由 于對稱性，在上面的晶胞中，也有 4 個四面體空隙由這個參與構(gòu)成。所以共 有8個四面體空隙與其直接相鄰，由于 每個四面體空隙由4個球構(gòu)成，所以屬 于這個球的四面體空隙數(shù)為 8 X 1/4=2 o14、名詞解釋（1）弗倫克爾缺陷與肖 特基缺陷；（2）刃型位錯和螺型位錯（3）非化學(xué)計(jì)量化合物與熱缺陷解：（1）當(dāng)晶體熱振動時，一些能量 足夠大的原子離開平衡位置而擠到晶 格點(diǎn)的間隙中，形成間隙原子，而原來 位置上形成空位，這種缺陷稱為弗倫克

19、 爾缺陷。如果正常格點(diǎn)上原子，熱起伏 后獲得能量離開平衡位置，躍遷到晶體 的表面，在原正常格點(diǎn)上留下空位，這 種缺陷稱為肖特基缺陷。（2）滑移方向與位錯線垂直的位錯稱 為刃型位錯。位錯線與滑移方向相互平 行的位錯稱為螺型位錯。（3）非化學(xué)計(jì)量化合物指偏離正?；?學(xué)計(jì)量的化合物，熱缺陷指因熱振動而 引起的缺陷。15、在缺陷反應(yīng)方程式中，所謂位置平 衡、電中性、質(zhì)量平衡是指什么？ 解：位置平衡是指在化合物 MaXb 中, M格點(diǎn)數(shù)與X格點(diǎn)數(shù)保持正確的比例 關(guān)系，即M： X=a : b。電中性是指在 方程式兩邊應(yīng)具有相同的有效電荷。質(zhì) 量平衡是指方程式兩邊應(yīng)保持物質(zhì)質(zhì) 量的守恒。16、試述影響置換型

20、固溶體的固溶度的 條件。解：（1）離子尺寸因素從晶體穩(wěn)定性 考慮，相互替代的離子尺寸愈相近，則 固溶體愈穩(wěn)定。若以r1和r2分別代表 半徑大和半徑小的兩種離子的半徑。當(dāng) 它們半徑差30% 時，不能形成固溶體。（2）晶體的結(jié)構(gòu)類型形成連續(xù)固溶體 的兩個組分必須具有完全相同的晶體 結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)不同最多只能生成有限固溶 體。（3）離子的電價因素只有離子價相同 或復(fù)合替代離子價總和相同時，才可能 形成連續(xù)置換型固溶體。（4）電負(fù)性因素電負(fù)性相近，有利于 固溶體的生成。17、從化學(xué)組成、相組成考慮，試比較 固溶體與化合物、機(jī)械混合物的差別。比固溶體化合物機(jī)械混合較物項(xiàng)化B2-xAxOAB2O4AO+B2O

21、3學(xué)組成相均勻單單相兩相有界組相面成20.指出下列物質(zhì)何者不含有氫鍵。（1）B（OH）3（2）HI （3）CH3OH（4）H2NCH2 CH2NH2解：許多無機(jī)含氧酸（如H3PO4,H2SO4,B（OH）3）以及有機(jī)化合 物中的醇、羧酸、胺等化合物中的 O,N 電負(fù)性大、半徑小，又與氫原子相連， 所以往往有氫鍵形成。本題中的 B（OH）3 ， CH3OH ，H2NCH2 CH2NH2 三物種各自的分子間有氫鍵，而 HI 分 子間不能形成氫鍵。 因?yàn)榕c H 成鍵的 I 電負(fù)性小，半徑大，不具備形成氫鍵的 條件。第四章 熔體和玻璃體 習(xí)題與解答1、名詞解釋 晶子學(xué)說和無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說 單鍵強(qiáng) 分化和

22、縮聚 網(wǎng)絡(luò)形成劑和網(wǎng)絡(luò)變性劑答：晶子學(xué)說：玻璃內(nèi)部是由無數(shù) “晶子”組成，微晶子是帶有晶格變形 的有序區(qū)域。它們分散在無定形介中 質(zhì)，晶子向無定形部分過渡是逐漸完成 時，二者沒有明顯界限。 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說： 凡是成為玻璃態(tài)的物 質(zhì)和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣， 也是由一個 三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。 這種網(wǎng)絡(luò)是由離 子多面體 （三角體或四面體） 構(gòu)筑起來 的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無數(shù)次有規(guī) 律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重 復(fù)沒有規(guī)律性。單鍵強(qiáng)：單鍵強(qiáng)即為各種 化合物分解能與該種化合物 配位數(shù)的商。分化過程：架狀SiO 4斷裂稱為熔融石 英的分化 過程?？s聚過程：分化過程產(chǎn)生的低聚化合物 相互發(fā)生作用，形

23、成級次較高的聚合 物，次過程為縮聚過程。網(wǎng)絡(luò)形成劑： 正離子是網(wǎng)絡(luò)形 成離子，對應(yīng)氧化物能單獨(dú)形成玻璃。 即凡氧化物的單鍵能 /熔點(diǎn)0.74kJ/molk者稱為網(wǎng)絡(luò)形成劑。網(wǎng)絡(luò)變性劑：這類氧化物不能 形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 從而使 玻璃性質(zhì)改變，即單鍵強(qiáng) /熔點(diǎn) 0.125kJ/molk 者稱為網(wǎng)絡(luò)變形劑。2、說明熔體中聚合物形成過程？ 答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎(chǔ)單位，組成大小不同的聚合體。 可 分為三個階段。初期：石英的分化； 中期：縮聚并伴隨變形； 后期：在一定時間和一定溫度 下，聚合和解聚達(dá)到平衡。3、簡述影響熔體粘度的因素？ 答：影響熔體粘度的主要因素： 溫度和熔體的組

24、成。 堿性氧化物含量增加， 劇烈降低粘度。 隨溫度降低， 熔體粘度 按指數(shù)關(guān)系遞增。 4、試用實(shí)驗(yàn)方法鑒別晶體 SiO2、 SiO2 玻璃、硅膠和Si02熔體。它們 的結(jié)構(gòu)有什么 不同？ 答：利用 X- 射線檢測。晶體 SiO2-質(zhì)點(diǎn)在三維空間做有規(guī)律的排列， 各向 異性。 SiO2 熔體-內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀， 近 程有序，遠(yuǎn)程無序。Si02玻璃-各向同性。硅膠-疏松多 孔。8、試比較硅酸鹽玻璃與硼酸鹽玻璃在 結(jié)構(gòu)與性能上的差異。答：結(jié)構(gòu)差異： 硅酸鹽玻璃： 石英玻璃 是硅酸鹽玻璃的基礎(chǔ)。 石英玻璃是硅氧 四面體Si04以頂角相連而組成的三維 架狀結(jié)構(gòu)。由于 Si-0-Si 鍵角變動范圍 大，使石

25、英玻璃中SiO4四面體排列成 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Si02是硅酸鹽玻璃中 的主要氧化物。硼酸鹽玻璃： B 和 0 交替排列的 平面六角環(huán)的 B-0 集團(tuán)是硼酸鹽玻璃 的重要基元，這些環(huán)通過 B-0-B 鏈連 成三維網(wǎng)絡(luò)。B2O3是網(wǎng)絡(luò)形成劑。這 種連環(huán)結(jié)構(gòu)與石英玻璃硅氧四面體的 不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)不同，任何 0-B三角體的 周圍空間并不完全被臨接的三角體所 填充，兩個原子接近的可能性較小。性能差異：硅酸鹽玻璃： 試劑和 氣體介質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性好、 硬度高、生產(chǎn) 方法簡單等優(yōu)點(diǎn)。硼酸鹽玻璃： 硼酸鹽玻璃有某些 優(yōu)異的特性。 例如：硼酐是唯一能用以 制造有吸收慢中子的氧化物玻璃； 氧化 硼玻璃的轉(zhuǎn)化溫度比硅酸鹽玻

26、璃低得 多；硼對中子射線的靈敏度高， 硼酸鹽 玻璃作為原子反應(yīng)堆的窗口對材料起 屏蔽中子射線的作用。9、解釋硼酸鹽玻璃的硼反?，F(xiàn)象？ 答：硼反?，F(xiàn)象：隨著 Na20（R20） 含量的增加， 橋氧數(shù)增大， 熱膨脹系數(shù) 逐漸下降。當(dāng) Na20 含量達(dá)到 15%-16% 時，橋氧又開始減少， 熱膨脹系數(shù)重新 上升，這種反?，F(xiàn)象就是硼反常現(xiàn)象。硼反?，F(xiàn)象原因： 當(dāng)數(shù)量不多的 堿金屬氧化物同B203 一起熔融時，堿 金屬所提供的氧不像熔融 Si02玻璃中 作為非橋氧出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中， 而是使硼轉(zhuǎn) 變?yōu)橛蓸蜓踅M成的硼氧四面體。致使 B203 玻璃從原來二度空間層狀結(jié)構(gòu)部 分轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)， 從而加

27、強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 并使玻璃的各種物理性 能變好。這與相同條件下的硅酸鹽玻璃 性能隨堿金屬或堿土金屬加入量的變 化規(guī)律相反。10、試比較硅酸鹽晶體與硅酸鹽玻璃在 結(jié)構(gòu)上有何異同點(diǎn)？ 答：晶體與玻璃體都是三維空間網(wǎng)絡(luò)所 構(gòu)成。是物質(zhì)的兩種不同形態(tài)， 晶體結(jié) 構(gòu)網(wǎng)絡(luò)由多面體無數(shù)次有規(guī)律重復(fù)而 構(gòu)成，而玻璃體結(jié)構(gòu)中多面體的重復(fù)沒 有規(guī)律性。 晶體結(jié)構(gòu)是近程有序， 遠(yuǎn)程 也有序的結(jié)構(gòu)。 而玻璃是近程有序， 遠(yuǎn) 程無序的無定形物質(zhì)。11、為什么要研究熔體和玻璃？（結(jié)構(gòu) 和性能）答：熔體是玻璃制造的中間產(chǎn)物；瓷釉在高溫狀態(tài)下是熔體狀態(tài)； 耐火材料的耐火度與熔體含量 有直接關(guān)系；高溫下是熔體態(tài)）瓷胎中 40%

28、60%是玻璃狀態(tài) 12熔體化學(xué)鍵 RO 鍵的作用是什 么？ 答：熔體中 R O 鍵的鍵性以離子鍵 為主。當(dāng) R2O、RO 引入硅酸鹽熔體中 時，Si4+能把R O上的氧離子吸引到 自己周圍，使 Si O 鍵的鍵強(qiáng)、鍵長、 鍵角發(fā)生改變，最終使橋氧斷裂。13 簡 述 熔 體 形 成 過 程 ， 以 Na2OSiO2 熔體為例。答：（1） 石英的分化；（2） 升溫和無序化；（3） 縮聚反應(yīng)；（4）熔體中的可逆平衡； 14聚合物的形成大致分為哪幾個個階 段？最終熔體組成是什么？ 答：聚合物的形成大致分三階段： 初期：主要是石英顆粒的分化； 中期：縮聚反應(yīng)并伴隨聚合物的變形； 后期：在一定溫度（高溫）

29、和一定 時間（足夠長）下達(dá)到聚合 = 解聚 平衡。最終熔體組成是：不同聚合程度的 各種聚合體的混合物。 即低聚物、 高聚 物、 三維碎片、游離堿、吸附物。 15熔體結(jié)構(gòu)的基本理論是什么？其理 論的要點(diǎn)有哪些？ 答：聚合物理論。聚合物理論要點(diǎn)：（ 1）、 硅酸鹽熔體是由不同級次、 不同大小、不同數(shù)量的聚合物組成的混 合物。所謂的聚合物是指由 SiO4 連接 起來的硅酸鹽聚離子。（2）、 聚合物的種類、大小、分布 決定熔體結(jié)構(gòu)， 各種聚合物處于不斷的 物理運(yùn)動和化學(xué)運(yùn)動中， 并在一定條件 下達(dá)到平衡。（3）、聚合物的分布決定熔體結(jié)構(gòu)， 分布一定，結(jié)構(gòu)一定。（4）、 熔體中聚合物被 R， R2 結(jié)合

30、起來，結(jié)合力決定熔體性質(zhì)。（5）聚合物的種類、 大小、數(shù)量隨溫 度和組成而發(fā)生變化。16 .表面張力（7 ）的定義是什么？使，下降的有哪些？答：定義： 擴(kuò)展液體表面需要做功， 表 面能即將表面增大一個單位面 積所需 要作的功 （或把質(zhì)點(diǎn)從內(nèi)部移到表面所 消耗的能量 ）。17玻璃的通性有哪些？ 答：各向同性；介穩(wěn)性； 凝固的漸變性和可逆性； 由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時，物 理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性。 18什么鍵型能形成玻璃？其重要因素 是什么？能形成玻璃的原因是什么？ 答：離子共價混合鍵和金屬共價混合鍵 能形成玻璃。重要因素 :共價因素和強(qiáng) 的極化作用原因： 當(dāng)離子鍵向共價鍵過 渡，離子共價混

31、合鍵，主要在于有 SP 電子形成的雜化軌道，并構(gòu)成7鍵和n 鍵，通過強(qiáng)烈的極化作用， 這種混合鍵 既具有離子鍵易改變鍵角、 易形成無對 稱變形的趨勢， 有利于造成玻璃的遠(yuǎn)程 無序，又有共價鍵的方向性和飽和性， 不易改變鍵長和鍵角的傾向， 造成玻璃 的近程有序，因此容易形成玻璃。 19玻璃結(jié)構(gòu)的定義和特點(diǎn)是什么？ 答：定義：是指玻璃中質(zhì)點(diǎn)在空間的幾 何配置、有序程度以及彼此間的結(jié)合狀 態(tài)。特點(diǎn)：近程有序，遠(yuǎn)程無序 20比較硅酸鹽玻璃與硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu) 上顯著的差別。答： （1） 晶體中 Si O 骨架按一定對稱 性作周期重復(fù)排列， 是嚴(yán)格有序的， 在 玻璃中則是無序排列的。 晶體是一種結(jié) 構(gòu)貫穿到

32、底， 玻璃在一定組成范圍內(nèi)往 往是幾種結(jié)構(gòu)的混合。（2）晶體中R +或R2 +陽離子占 據(jù)點(diǎn)陣的位置： 在玻璃中， 它們統(tǒng)計(jì)地 分布在空腔內(nèi)，平衡 Onb 的負(fù)電荷。 雖從 Na2O-SiO2 系統(tǒng)玻璃的徑向分布 曲線中得出Na+平均被57個0包 圍，即配位數(shù)也是不固定的。（3）晶體中，只有半徑相近的陽離 子能發(fā)生互相置換， 玻璃中，只要遵守 靜電價規(guī)則， 不論離子半徑如何， 網(wǎng)絡(luò) 變性離子均能互相置換。 （因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)容易變形， 可以適應(yīng)不同大小的離子 互換 ）。在玻璃中析出晶體時也有這樣 復(fù)雜的置換。（4）在晶體中一般組成是固定的， 并且符合化學(xué)計(jì)量比例， 在形成玻璃 的組成范圍內(nèi)氧化物

33、以非化學(xué)計(jì)量任 意比例混合。第六章 固體表面與界面 習(xí) 題與解答1、影響濕潤的因素有那些？ 答：固體表面粗糙度 當(dāng)真實(shí)接觸 角小于 90 芳時，粗糙度越大，表面接 觸角越小， 就越容易濕潤； 當(dāng)真實(shí)接觸 角大于 90 度，則粗糙度越大，越不利 于濕潤。 吸附膜 吸附膜的存在使接觸角增 大，起著阻礙作用。2、說明吸附的本質(zhì)？答：吸附是固體表面力場與吸附分子發(fā) 出的力場相互作用的結(jié)果， 它是發(fā)生在 固體上的。根據(jù)相互作用力的性質(zhì)不 同，可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。 物理吸附： 由分子間引力引起的， 這時 吸附物分子與吸附 劑晶格可看作是兩 個分立的系統(tǒng)?；瘜W(xué)吸附：伴隨有電子轉(zhuǎn)移的鍵合過 程，這時

34、應(yīng)把吸附分子與吸附劑晶格作 為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)來處理。3、什么是晶界結(jié)構(gòu)？ 答：晶界結(jié)構(gòu)是指晶界在多晶體中的形狀、結(jié)構(gòu)和分布。4、試說明晶粒之間的晶界應(yīng)力的大小對晶體性能的影 響？ 答：兩種不同熱膨脹系數(shù)的晶相， 在高 溫燃燒時， 兩個相完全密合接觸， 處于 一種無應(yīng)力狀態(tài)， 但當(dāng)它們冷卻時， 由 于熱膨脹系數(shù)不同， 收縮不同， 晶界中 就會存在應(yīng)力。晶界中的應(yīng)力大則有可 能在晶界上出現(xiàn)裂紋， 甚至使多晶體破 裂，小則保持在晶界內(nèi)。5、請分析新的塑料薄膜可以粘結(jié)在一起，用舊了為什么就不能？答：新的塑料表面能大，無任何吸附，故互相之間因相似表面結(jié)構(gòu)而互相吸 引，用舊了以后，因表面能降低而且吸 附了

35、外界雜質(zhì)，成不相似表面而難以吸附。6、當(dāng)用焊錫來焊接銅絲時，用挫刀除 去表面層，可以使焊接更加牢固，請分 析這種現(xiàn)象。答：除去表面層主要是剔除吸附層， 從 而增大表面層的表面能。又因?yàn)?W=rA+rB rAB，從而使rA+rB增大，粘 附力增大，粘附就更加牢固。7、液-固-氣系統(tǒng)中，試分析接觸角的 大小對潤濕的影響。答：當(dāng)接觸角90度時，稱潤濕，當(dāng)接 觸角90度時，稱不潤濕，當(dāng)接觸角為 0度時，稱完全潤濕。8、固體的表面和界面的定義是什么？ 答：表面-把一個相和它本身蒸汽或 真空接觸的分界面。界面把一相與另一相（結(jié)構(gòu)不 同）接觸的分界面。9、固體表面的不均勻性，表現(xiàn)在哪些 方面？答：（1）絕大多數(shù)晶體是各向異性，因 而同一晶體可以有許多性能不同的表 面；（2）同一種物質(zhì)制備和加工條件不 同也會有不同的表面性質(zhì)；（3）晶格缺陷、空位或位錯而造成 表面不均勻；在空氣中暴露，表面被外來物 質(zhì)所污染，吸附外來原子可占據(jù)不同的 表面位置，形成有序或無序排列，也引 起表面不均勻