無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)教程第二版課后答案

1、第一章晶體幾何基礎(chǔ)1-1說(shuō)明概念：等同點(diǎn)：晶體結(jié)構(gòu)中，在同一取向上幾何環(huán)境和物質(zhì)環(huán)境皆相同的點(diǎn)?？臻g點(diǎn)陣：歸納地表示晶體結(jié)構(gòu)中等同點(diǎn)排列規(guī)律的幾何圖形。結(jié)點(diǎn)：空間點(diǎn)陣中的點(diǎn)稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)。晶體：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體。對(duì)稱(chēng)：物體相同部份作有規(guī)律的重復(fù)。對(duì)稱(chēng)型：晶體結(jié)構(gòu)中所有點(diǎn)對(duì)稱(chēng)要素（對(duì)稱(chēng)面、對(duì)稱(chēng)中心、對(duì)稱(chēng)軸和旋轉(zhuǎn)反伸軸）的集合為對(duì)稱(chēng)型，也稱(chēng)點(diǎn)群。晶類(lèi)：將對(duì)稱(chēng)型相同的晶體歸為一類(lèi)，稱(chēng)為晶類(lèi)。晶體定向：為了用數(shù)字表示晶體中點(diǎn)、線、面的相對(duì)位置，在晶體中引入一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)的進(jìn)程?？臻g群：是指一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)中所有對(duì)稱(chēng)要素的集合。布拉菲格子：是指法國(guó)學(xué)者A.布拉菲依照晶體結(jié)構(gòu)的最高點(diǎn)群和平移群

2、對(duì)稱(chēng)及空間格子的平行六面體原那么，將所有晶體結(jié)構(gòu)的空間點(diǎn)陣劃分成14種類(lèi)型的空間格子。晶胞：能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的最小單位。晶胞參數(shù)：表示晶胞的形狀和大小的6個(gè)參數(shù)（a、b、c、a、3、丫）.1-2晶體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)大體特點(diǎn)是什么？哪一種幾何圖形可表示晶體的大體特點(diǎn)？解答：晶體結(jié)構(gòu)的大體特點(diǎn)：晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間作周期性重復(fù)排列的固體。晶體的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)呈對(duì)稱(chēng)散布，即晶體具有對(duì)稱(chēng)性。14種布拉菲格子的平行六面體單位格子能夠表示晶體的大體特點(diǎn)。1-3晶體中有哪些對(duì)稱(chēng)要素，用國(guó)際符號(hào)表示。解答：對(duì)稱(chēng)面一m,對(duì)稱(chēng)中心一1,n次對(duì)稱(chēng)軸一n,n次旋轉(zhuǎn)反伸軸一n螺旋軸ns，滑移面a、b、c、d1-5一個(gè)四方晶

3、系的晶面，其上的截距別離為3a、4a、6c,求該晶面的晶面指數(shù)。解解：在X、Y、Z軸上的截距系數(shù)：3、4、6。截距系數(shù)的倒數(shù)比為：1/3:1/4:1/6=4:3:2晶面指數(shù)為：（432）補(bǔ)充：晶體的大體性質(zhì)是什么？與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？解答：自限性：晶體的多面體形態(tài)是其格子構(gòu)造在外形上的反映。 均一性和異向性：均一性是由于內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)周期性重復(fù)排列，晶體中的任何一部份在結(jié)構(gòu)上是相同的。異向性是由于同一晶體中的不同方向上，質(zhì)點(diǎn)排列一樣是不同的，因此表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。 對(duì)稱(chēng)性：是由于晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的對(duì)稱(chēng)。 最小內(nèi)能和最大穩(wěn)固性：在相同的熱力學(xué)條件下，較之同種化學(xué)成份的氣體、液體及非晶質(zhì)體，晶體的內(nèi)

4、能最小。這是規(guī)那么排列質(zhì)點(diǎn)間的引力和斥力達(dá)到平穩(wěn)的緣故。晶體的穩(wěn)固性是指關(guān)于化學(xué)組成相同，但處于不同物態(tài)下的物體而言，晶體最為穩(wěn)固。自然界的非晶質(zhì)體自發(fā)向晶體轉(zhuǎn)變，但晶體不可能自發(fā)地轉(zhuǎn)變成其他物態(tài)。第二章晶體化學(xué)基礎(chǔ)2-1名詞說(shuō)明：配位數(shù)與配位體，同質(zhì)多晶與多晶轉(zhuǎn)變，位移性轉(zhuǎn)變與重建性轉(zhuǎn)變，晶體場(chǎng)理論與配位場(chǎng)理論。答：配位數(shù)：晶體結(jié)構(gòu)中與一個(gè)離子直接相鄰的異號(hào)離子數(shù)。配位體：晶體結(jié)構(gòu)中與某一個(gè)陽(yáng)離子直接相鄰、形成配位關(guān)系的各個(gè)陰離子中心連線所組成的多面體。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)外界條件改變到必然程度時(shí)，各

5、類(lèi)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。位移性轉(zhuǎn)變：不打開(kāi)任何鍵，也不改變?cè)幼钆R近的配位數(shù)，僅僅使結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，原子從原先位置發(fā)生少量位移，使次級(jí)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?cè)幼钆R近配位數(shù)，使晶體結(jié)構(gòu)完全改變?cè)瓨拥囊环N多晶轉(zhuǎn)變形式。晶體場(chǎng)理論：以為在晶體結(jié)構(gòu)中，中心陽(yáng)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(lái)處置的理論。配位場(chǎng)理論：除考慮到由配位體所引發(fā)的純靜電效應(yīng)之外，還考慮了共價(jià)成鍵的效應(yīng)的理論。圖2-1MgO晶體中不同晶面的氧離子排布示用意2-2面排列密度的概念為：在平面上球體所占的面積分?jǐn)?shù)。(

6、a)畫(huà)出MgO(NaCl型)晶體(111)、(110)和(100)晶面上的原子排布圖；(b)計(jì)算這三個(gè)晶面的面排列密度。解：MgO晶體中02-做緊密堆積，Mg2+充在八面體間隙中。(a)(111)、(110)和(100)晶面上的氧離子排布情形如圖2-1所示。(b)在面心立方緊密堆積的單位晶胞中,(111)面：面排列密度=2k/招笈/ZJ5-0.9O7(110)面:面排列密度=2爐,(4產(chǎn)歷)=帝/4點(diǎn)=0.555(100)面：面排列密度=2而4d各=電/4=0,7S52-3試證明等徑球體六方緊密堆積的六方晶胞的軸比c/a1.633。證明：六方緊密堆積的晶胞中，a軸上兩個(gè)球直接相鄰，a0=2r;

7、c軸方向上，中間的一個(gè)球別離與上、下各三個(gè)球緊密接觸，形成四面體，如圖2-2所/2/萬(wàn)尸-（匕/V5y=2商/即=2尸=27573=1,633圖2-2六方緊密堆積晶胞中有關(guān)尺寸關(guān)系示意圖2-4設(shè)原子半徑為R試計(jì)算體心立方堆積結(jié)構(gòu)的（100）、（110）、（111）面的面排列密度和晶面族的面間距。解：在體心立方堆積結(jié)構(gòu)中：一一；（100）面：面排列密度=農(nóng)&3/（4/，弓度尸=3定/16=85X9面間距=、,：一廠,'I（110）面：面排列密度=2成，網(wǎng)入后穴）0死八狼）卜馥,取泛=0名33面間距=.,（111）面：面排列密度=（成莖萬(wàn)尺/=、月戀門(mén)6=。.？40面間距=二.2-

8、5以NaCl晶胞為例，試說(shuō)明面心立方緊密堆積中的八面體和四面體間隙的位置和數(shù)量。答：以NaCl晶胞中（001）面心的一個(gè)球（Cl-離子）為例，它的正下方有1個(gè)八面體間隙（體心位置），與其對(duì)稱(chēng)，正上方也有1個(gè)八面體間隙；前后左右各有1個(gè)八面體間隙（棱心位置）。因此共有6個(gè)八面體間隙與其直接相鄰，由于每一個(gè)八面體間隙由6個(gè)球組成，因此屬于那個(gè)球的八面體間隙數(shù)為6X1/6=1。在那個(gè)晶胞中，那個(gè)球還與另外2個(gè)面心、1個(gè)頂角上的球組成4個(gè)四面體間隙（即1/8小立方體的體心位置）；由于對(duì)稱(chēng)性，在上面的晶胞中，也有4個(gè)四面體間隙由那個(gè)參與組成。因此共有8個(gè)四面體間隙與其直接相鄰，由于每一個(gè)四面體間隙由4個(gè)

9、球組成，因此屬于那個(gè)球的四面體間隙數(shù)為8X1/4=2。2-6臨界半徑比的概念是：緊密堆積的陰離子恰好相互接觸，并與中心的陽(yáng)離子也恰好接觸的條件下，陽(yáng)離子半徑與陰離子半徑之比。即每種配位體的陽(yáng)、陰離子半徑比的下限。計(jì)算以下配位的臨界半徑比：（a）立方體配位；（b）八面體配位；（c）四面體配位；（d）三角形配位。解：（1）立方體配位在立方體的對(duì)角線上正、負(fù)離子彼此接觸，在立方體的棱上兩個(gè)負(fù)離子彼此接觸。因此：a簽yy&j*也_尸迎尸r+=(73-1)=0.732(2)八面體配位在八面體中，中心對(duì)稱(chēng)的一對(duì)陰離子中心連線上正、負(fù)離子彼此接觸，棱上兩個(gè)負(fù)離子彼此接觸。因此：(2r_)a+(2r)

10、a=(2r+2r+)3/+/<=(72-1)=Odld(3)四面體配位在四面體中中心正離子與四個(gè)負(fù)離子直接接觸，四個(gè)負(fù)離子之間彼此接觸(中心角ISO-2aicsmf=109.47°)。因此：底面上對(duì)角中心線長(zhǎng)為：，一j二J(匚+%)_(2乙J近產(chǎn)=J(2rj*-(2口/屐，-k+q)rj七-工跖一1戶(hù)可型+hCO-1)-0.2217(4)三角體配位在三角體中，在同一個(gè)平面上中心正離子與三個(gè)負(fù)離子直接接觸，三個(gè)負(fù)離子之間彼此接觸。因此：(2rJ3-r2+(r_+rQ4$+j芋rjr(再-0J5W7-232-7一個(gè)面心立方緊密堆積的金屬晶體，其原子量為M,密度是8.94g/cm3。

11、試計(jì)算其晶格常數(shù)和原子間距。解：依照密度概念，晶格常數(shù)g-/MX6023xlO*xB94.0.906xlO苴門(mén)9陽(yáng)0一0906方理原子間距=:一：，："'.，：，.；>|2-8試依照原子半徑R計(jì)算面心立方晶胞、六方晶胞、體心立方晶胞的體積。解：面心立方晶胞：':j*.I，六方晶胞(1/3):g/2=(2及尸麗2能,Vi/2=g體心立方晶胞：':.；,一,2-9MgOM有NaCl結(jié)構(gòu)。依照O2-半徑為0.140nm和Mg2件徑為0.072nm,計(jì)算球狀離子所占據(jù)的體積分?jǐn)?shù)和計(jì)算MgO勺密度。并說(shuō)明什么緣故其體積分?jǐn)?shù)小于74.05%?解：在Mg端體中，正負(fù)離

12、子直接相鄰，a0=2(r+r-)=0.424(nm)體積分?jǐn)?shù)=4X(4兀/3)X(0.143+0.0723)/0.4243=68.52%密度=4X(24.3+16)/6.023X1023X(0.424X10-7)3=3.5112(g/cm3)MgO積分?jǐn)?shù)小于74.05%,緣故在于r+/r-=0.072/0.14=0.4235>0.414,正負(fù)離子緊密接觸，而負(fù)離子之間不直接接觸，即正離子將負(fù)離子形成的八面體間隙撐開(kāi)了，負(fù)離子再也不是緊密堆積，因此其體積分?jǐn)?shù)小于等徑球體緊密堆積的體積分?jǐn)?shù)74.05%。2-10半徑為R的球，彼此接觸排列成體心立方結(jié)構(gòu)，試計(jì)算能填入其間隙中的最大小球半徑r。體

13、心立方結(jié)構(gòu)晶胞中最大的間隙的坐標(biāo)為(0,1/2,1/4)。解：在體心立方結(jié)構(gòu)中，一樣存在八面體和四面體間隙，可是其形狀、大小和位置與面心立方緊密堆積略有不同(如圖2-3所示)。設(shè)：大球半徑為R,小球半徑為r。那么位于立方體面心、棱心位置的八面體間隙能夠填充的最大的小球尺寸為：尸=口口-2直=4/辰-2&=03094度位于立方體(0.5,0.25,0)位置的四面體間隙能夠填充的最大的小球尺寸為：產(chǎn)=(8-A=后乂依/#)尺-氏=0.291A2-11純鐵在912c由體心立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成面心立方，體積隨之減小1.06%。依照面心立方結(jié)構(gòu)的原子半徑R面心計(jì)算體心立方結(jié)構(gòu)的原子半徑R體心。解：因?yàn)?/p>

14、面心立方結(jié)構(gòu)中，單位晶胞4個(gè)原子，%=2近;而體心立方結(jié)構(gòu)中，單位晶胞2個(gè)原子，為也)&因此，苑4/右)號(hào)f-回屋號(hào)/)=0.0106第三章晶體結(jié)構(gòu)3-1名詞說(shuō)明(a)螢石型和反螢石型(b)類(lèi)質(zhì)同晶和同質(zhì)多晶(c)二八面體型與三八面體型(d)同晶取代與陽(yáng)離子互換(e)尖晶石與反尖晶石答：(a)螢石型：CaF2型結(jié)構(gòu)中，Ca2銀面心立方緊密排列，F(xiàn)-占據(jù)晶胞中全數(shù)四面體間隙。反螢石型：陽(yáng)離子和陰離子的位置與CaF2型結(jié)構(gòu)完全相反，即堿金屬離子占據(jù)F-的位置,O2-占據(jù)Ca2的位置。(b)類(lèi)質(zhì)同象：物質(zhì)結(jié)晶時(shí)，其晶體結(jié)構(gòu)中部份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，一起組成均

15、勻的、呈單一相的晶體，不引發(fā)鍵性和晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。同質(zhì)多晶：同一化學(xué)組成在不同熱力學(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，假設(shè)有三分之二的八面體間隙被陽(yáng)離子所填充稱(chēng)為二八面體型結(jié)構(gòu)三八面體型：在層狀硅酸鹽礦物中，假設(shè)全數(shù)的八面體間隙被陽(yáng)離子所填充稱(chēng)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(lèi)型的現(xiàn)象。陽(yáng)離子互換：在粘土礦物中，當(dāng)結(jié)構(gòu)中的同晶取代要緊發(fā)生在鋁氧層時(shí)，一些電價(jià)低、半徑大的陽(yáng)離子(如K+、Na玲)將進(jìn)入晶體結(jié)構(gòu)來(lái)平穩(wěn)多余的負(fù)電荷，它們與晶體的結(jié)合不很牢固，在必然條件下能夠被其它陽(yáng)離子互換。(e)正尖晶石

16、：在AB2O4尖晶石型晶體Z勾中，若A2+分布在四面體空隙、而B(niǎo)3s布于八面體空隙，稱(chēng)為正尖晶石；反尖晶石：若A2+分布在八面體空隙、而B(niǎo)3+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(chēng)為反尖晶石。3-2(a)在氧離子面心立方密堆積的晶胞中，畫(huà)出適合氧離子位置的間隙類(lèi)型及位置，八面體間隙位置數(shù)與氧離子數(shù)之比為若干？四面體間隙位置數(shù)與氧離子數(shù)之比又為若干?(b)在氧離子面心立方密堆積結(jié)構(gòu)中，對(duì)于獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)各需何種價(jià)離子，其中：(1)所有八面體間隙位置均填滿(mǎn)；(2)所有四面體間隙位置均填滿(mǎn)；(3)填滿(mǎn)一半八面體間隙位置；(4)填滿(mǎn)一半四面體間隙位置。并對(duì)每一種堆積方式舉一

17、晶體實(shí)例說(shuō)明之。解：(a)參見(jiàn)2-5題解答。(b)對(duì)于氧離子緊密堆積的晶體，獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)所需電價(jià)離子及實(shí)例如下：2價(jià)陽(yáng)離子，MgO1價(jià)陽(yáng)離子，Li2O;4價(jià)陽(yáng)離子，TiO2;2價(jià)陽(yáng)離子，ZnQ(1)填滿(mǎn)所有的八面體間隙,(2)填滿(mǎn)所有的四面體間隙,(3)填滿(mǎn)一半的八面體間隙,(4)填滿(mǎn)一半的四面體間隙,3-3MgOl!體結(jié)構(gòu)，Mg2坪徑為0.072nm,02-半徑為0.140nm,計(jì)算MgO晶體中離子堆積系數(shù)(球狀離子所占據(jù)晶胞白體積分?jǐn)?shù))；計(jì)算MgO勺密度。解：參見(jiàn)2-9題。3-4Li2O晶體，Li+的半徑為0.074nm,O2-的半徑為0.140nm,其密度為1.646g/cm3,求晶胞

18、常數(shù)a0;晶胞中Li2O的分子數(shù)。解：依照已知密度計(jì)算：a-卬4«2就6.94+16)/16.。23H1嚴(yán)乂1/6)-4.94x10府0.494(依照已知離子半徑計(jì)算：LiO4的棱為小立方體的面對(duì)角線。從圖3-1所示尺寸關(guān)系明白：將已知數(shù)值代入上式并解方程得:%.一12任金+%)-0.50745溶)3-5試說(shuō)明(a)在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，NaCl型結(jié)構(gòu)最多；(b)MgAl2O4晶體結(jié)構(gòu)中，按r+/r-與CN關(guān)系，Mg2太A13+都填充八面體間隙，但在該結(jié)構(gòu)中Mg2+f入四面體間隙，A13+填充八面體間隙；而在MgFe2O4吉構(gòu)中，Mg2哄充八面體間隙，而一半Fe3+填充四面體間隙。(c

19、)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，一樣陰離子X(jué)的半徑較大，而陽(yáng)離子A的半徑較小，因此X做緊密堆積，A填充在其間隙中。大多數(shù)AX型化合物的r+/r-在0.4140.732之間，應(yīng)該填充在八面體間隙，即具有NaCl型結(jié)構(gòu)；而且NaCl型晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性較高，因此AX型化合物大多具有NaCl型結(jié)構(gòu)。(b)依照陽(yáng)、陰離子半徑比與配位數(shù)之間的關(guān)系，Al3+與Mg2+勺配位數(shù)均應(yīng)該為6,填入八面體間隙?？墒?，依照鮑林規(guī)那么，高電價(jià)離子填充于低配位的四面體間隙時(shí)，排斥力要比填充八面體間隙中較大，穩(wěn)固性較差，因此Al3+填入八面體間隙，而Mg2

20、哄入四面體間隙。而在MgFe2O4吉構(gòu)中，由于Fe3+的八面體擇位能為0,能夠進(jìn)入四面體或八面體間隙，當(dāng)配位數(shù)為4時(shí)，F(xiàn)e3+離子半徑0.049nm,Mg2稿子半徑0.057nm,Fe3+在四面體間隙中加倍穩(wěn)固，因此Mg2也充八面體間隙、一半Fe3+填充四面體間隙。(c)綠寶石和透輝石中Si:O都為1:3。可是，綠寶石中的其它陽(yáng)離子Be2+和Al3+的離子半徑較小，配位數(shù)較小(4或6),彼其間斥力較大，因此綠寶石通過(guò)SiO4頂角相連形成六節(jié)環(huán)，再通過(guò)Be2+和Al3+將六節(jié)環(huán)連接起來(lái)，離子堆積結(jié)合狀態(tài)不太緊密，如此晶體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)固。透輝石中是Mg2?？贑a2+,離子半徑較大，配位數(shù)較大(別離為6

21、和8),彼其間斥力較小，因此透輝石通過(guò)SiO4頂角相連形成單鏈，離子堆積結(jié)合狀態(tài)比較緊密。3-6表達(dá)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)分類(lèi)原那么及各類(lèi)類(lèi)型的特點(diǎn)，并舉一例說(shuō)明之。解：硅酸鹽礦物依照硅氧四面體的連接方式進(jìn)行分類(lèi)，具體類(lèi)型見(jiàn)表3-1。表3-1硅酸鹽礦物的結(jié)構(gòu)類(lèi)型結(jié)構(gòu)類(lèi)型共用氧數(shù)形狀絡(luò)氧硅比iii鎂橄1石MgSiO4島狀四面體SiO4組群狀12六節(jié)環(huán)Si6。812-3綠而B(niǎo)e3Al2Si6。8鏈狀23單鏈一一4-Si2O64-32.5透輝石CaMgSi2O6層狀3平囿層Si4Q02.5滑石MgSi40o(OH)2架狀4骨架SiO22匹SiO23-7堇青石與綠寶石有相同結(jié)構(gòu)，分析其有顯著的離子電導(dǎo)，較小的

22、熱膨脹系數(shù)的緣故。答：堇青石Mg2Al3AlSi5O18具有綠寶石結(jié)構(gòu)，以(3Al3+2Mg2+)置換綠寶石中的(3Be2+2Al3+)。6個(gè)SiO4通過(guò)頂角相連形成六節(jié)環(huán)，沿c軸方向上下迭置的六節(jié)環(huán)內(nèi)形成了一個(gè)空腔，成為離子遷移的通道，因此具有顯著的離子電導(dǎo)；另外離子受熱后，振幅增大，但由于能夠向結(jié)構(gòu)間隙中膨脹，因此不發(fā)生明顯的體積膨脹，因此熱膨脹系數(shù)較小。3-8(a)什么叫陽(yáng)離子互換？(b)從結(jié)構(gòu)上說(shuō)明高嶺石、蒙脫石陽(yáng)離子互換容量不同的緣故。(c)比較蒙脫石、伊利石同晶取代的不同，說(shuō)明在平穩(wěn)負(fù)電荷時(shí)什么緣故前者以水化陽(yáng)離子形式進(jìn)入結(jié)構(gòu)單元層，而后者以配位陽(yáng)離子形式進(jìn)入結(jié)構(gòu)單元層。答：(a)

23、在粘土礦物中，若是A1O6層中部份A13+被Mg2大Fe2+代替時(shí)，一些水化陽(yáng)離子(如Na+、Ca2將)進(jìn)入層間，來(lái)平穩(wěn)多余的負(fù)電荷，在必然條件下這些陽(yáng)離子能夠被其它陽(yáng)離子互換，這種現(xiàn)象稱(chēng)為陽(yáng)離子互換。(b)高嶺石的陽(yáng)離子互換容量較小，而蒙脫石的陽(yáng)離子互換容量較大。因?yàn)楦邘X石是1:1型結(jié)構(gòu)，單網(wǎng)層與單網(wǎng)層之間以氫鍵相連，氫鍵強(qiáng)于范氏鍵，水化陽(yáng)離子不易進(jìn)入層間，因此陽(yáng)離子互換容量較小。而蒙脫石是為2:1型結(jié)構(gòu)，復(fù)網(wǎng)層間以范氏鍵相連，層間聯(lián)系較弱，水化陽(yáng)離子容易進(jìn)入復(fù)網(wǎng)層間以平穩(wěn)多余的負(fù)電荷，因此蒙脫石的陽(yáng)離子互換容量較大。(c)蒙脫石和伊利石均為2:1型結(jié)構(gòu)?？墒?，蒙脫石的鋁氧八面體層中大約有1

24、/3的A13+被Mg2底取代，平穩(wěn)電荷的水化陽(yáng)離子半徑大，而且水化陽(yáng)離子與負(fù)電荷之間距離遠(yuǎn)，覆網(wǎng)層之間的結(jié)合力弱，因此進(jìn)入層間位置。伊利石的硅氧四面體層中約1/6的Si4+被A13+所取代，K+進(jìn)入復(fù)網(wǎng)層間以平穩(wěn)多余的負(fù)電荷，K啦于上下二層硅氧層的六邊形網(wǎng)絡(luò)的中心，組成KO12,K+與硅氧層中的負(fù)電荷距離近，結(jié)合力較強(qiáng)，因此以配位離子形式進(jìn)入結(jié)構(gòu)單元。3-9在透步!石CaMgSi2O6晶體結(jié)構(gòu)中，O2-與陽(yáng)離子Ca2+、Mg2太Si4+配位型式有哪幾種，符合鮑林靜電價(jià)規(guī)那么嗎？什么緣故？答：透輝石CaMgSi2O6,O2與陽(yáng)離子Ca2+、Mg2卡Si4+配位型式有三種，即2個(gè)橋氧和2個(gè)非橋氧形

25、成SiO4,6個(gè)非橋氧形成MgO6,4個(gè)橋氧和4個(gè)非橋氧形成CaO8。在教材的圖3-22b中，同時(shí)與1個(gè)Si4+、2個(gè)Mg2手口1個(gè)Ca2+配位的非橋氧，其靜電價(jià)強(qiáng)度總和為4X1/4+2X2X1/6+2X1/8=23/12,而同時(shí)與1個(gè)Si4+、1個(gè)Mg2?？?個(gè)Ca2哂己位的非橋氧，其靜電價(jià)強(qiáng)度總和為4X1/4+2X1/6+2X1/8=19/12,小于其負(fù)電價(jià)；同時(shí)與2個(gè)Si4+、2個(gè)Ca2+配位的橋氧，其靜電價(jià)強(qiáng)度總和為4X2X1/4+2X2X1/8=5/2,大于其負(fù)電價(jià)。因此不完全符合鮑林靜電價(jià)規(guī)那么。可是其整體電價(jià)仍然平穩(wěn)的，晶體結(jié)構(gòu)仍然是穩(wěn)固的。緣故在于Mg2拜口Ca2+W種離子的離

26、子半徑不同、配位數(shù)不同、配位氧離子不同(橋氧或非橋氧)。3-10同為堿土金屬陽(yáng)離子Be2+、Mg2太Ca2+,其鹵化物BeF2和SiO2結(jié)構(gòu)同，MgF2與TiO2(金紅石型)結(jié)構(gòu)同，CaF2那么有螢石型結(jié)構(gòu)，分析其緣故。答：堿土金屬離子Be2+、Mg2卡Ca2+,隨著原子序數(shù)的增大，離子半徑慢慢增大，極化性能轉(zhuǎn)變不大。當(dāng)陰離子同為F-時(shí)，使得其r+/r-增大，配位數(shù)增大，由BeF2的4配位到MgF2的6配位，再至ijCaF2的8配位。3-11金剛石Z構(gòu)中C原子按面心立方排列，什么緣故其堆積系數(shù)僅為34%答：為了分析晶體結(jié)構(gòu)方便起見(jiàn)，金剛石Z構(gòu)中C原子能夠看成按面心立方排列。但事實(shí)上由于C原子之

27、間是共價(jià)鍵，具有方向性和飽和性，每一個(gè)C原子只與4個(gè)C原子形成價(jià)鍵（緊密相鄰），因此并無(wú)達(dá)到緊密堆積（緊密堆積時(shí)每一個(gè)原子同時(shí)與12個(gè)原子緊密相鄰），其晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在很多間隙。因此其堆積系數(shù)僅為34%遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于緊密堆積的74.05%。第四章晶體結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)習(xí)題與解答4.1 名詞說(shuō)明（a）弗倫克爾缺點(diǎn)與肖特基缺點(diǎn)；（b）刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)解：（a）當(dāng)晶體熱振動(dòng)時(shí)，一些能量足夠大的原子離開(kāi)平穩(wěn)位置而擠到晶格點(diǎn)的間隙中，形成間隙原子，而原先位置上形成空位，這種缺點(diǎn)稱(chēng)為弗倫克爾缺點(diǎn)。若是正常格點(diǎn)上原子，熱起伏后取得能量離開(kāi)平穩(wěn)位置，躍遷到晶體的表面，在原正常格點(diǎn)上留下空位，這種缺點(diǎn)稱(chēng)為肖特基缺點(diǎn)。（b）滑

28、移方向與位錯(cuò)線垂直的位錯(cuò)稱(chēng)為刃型位錯(cuò)。位錯(cuò)線與滑移方向彼此平行的位錯(cuò)稱(chēng)為螺型位錯(cuò)。4.2 試述晶體結(jié)構(gòu)中點(diǎn)缺點(diǎn)的類(lèi)型。以通用的表示法寫(xiě)出晶體中各類(lèi)點(diǎn)缺點(diǎn)的表示符號(hào)。試舉例寫(xiě)出CaCl2中Ca2鎧換KCl中K+或進(jìn)入到KCl間隙中去的兩種點(diǎn)缺點(diǎn)反映表示式。解：晶體結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)缺點(diǎn)類(lèi)型共分：間隙原子、空位和雜質(zhì)原子等三種。在MX晶體中，間隙原子的表示符號(hào)為MI或XI;空位缺點(diǎn)的表示符號(hào)為：VM或VX。若是進(jìn)入MX晶體的雜質(zhì)原子是A,那么其表示符號(hào)可寫(xiě)成：AM或AX（取代式）和Ai（間隙式）。當(dāng)CaCl2中Ca2+置換KCl中K+而顯現(xiàn)點(diǎn)缺點(diǎn)，其缺點(diǎn)反映式如下：CaCl23區(qū)+與+2c%iCaCl2中

29、Ca2班入到KCl間隙中而形成點(diǎn)缺點(diǎn)的反映式為:CaCl2+2Clci4.3 在缺點(diǎn)反映方程式中，所謂位置平穩(wěn)、電中性、質(zhì)量平穩(wěn)是指什么？解：位置平穩(wěn)是指在化合物MaXb中，M格點(diǎn)數(shù)與X格點(diǎn)數(shù)維持正確的比例關(guān)系，即M：X=a：bo電中性是指在方程式兩邊應(yīng)具有相同的有效電荷。質(zhì)量平穩(wěn)是指方程式兩邊應(yīng)維持物質(zhì)質(zhì)量的守恒。4.4 （a）在MgO晶體中，肖特基缺點(diǎn)的生成能為6ev,計(jì)算在25c和1600c時(shí)熱缺點(diǎn)的濃度。（b）若是MgO!體中，含有百萬(wàn)分之一mol的AI2O3雜質(zhì)，那么在1600c時(shí)，MgO晶體中是熱缺點(diǎn)占優(yōu)勢(shì)仍是雜質(zhì)缺點(diǎn)占優(yōu)勢(shì)？說(shuō)明緣故。解：（a）依照熱缺點(diǎn)濃度公式:exp(一由題意

30、G=6ev=6<1.602X10-19=9.612X10-19JK=1.38X10-23J/KT1=25+273=298KT2=1600+273=1873K298K:expNx10-511873K:FT一expi2幻羽口J=8*疔(b)在MgO加入百萬(wàn)分之一的A12O3雜質(zhì)，缺點(diǎn)反映方程為:仙5庭“32AlM7k430口V現(xiàn)在產(chǎn)生的缺點(diǎn)為贈(zèng)雜質(zhì)。V而由上式可知：Al2O3=映雜質(zhì)當(dāng)加入10-6Al2O3時(shí)，雜質(zhì)缺點(diǎn)的濃度為V"碑雜*Al2O3=10-6寸由(a)計(jì)算結(jié)果可知：在1873K,腱熱=8X10-9顯然："叱雜質(zhì)”g熱,因此在1873K時(shí)雜質(zhì)缺點(diǎn)占優(yōu)勢(shì)。4.5

31、 對(duì)某晶體的缺點(diǎn)測(cè)定生成能為84KJ/mol,計(jì)算該晶體在1000K和1500K時(shí)的缺點(diǎn)濃度。解：依照熱缺點(diǎn)濃度公式：斤一exp(赤)由題意G=84KJ/mol=84000J/moln二所則Mexp()其中K當(dāng)Ti=1000K時(shí),iiexexpAl（一雷）=exp28,3141000x10-3n_當(dāng)T2=1500K時(shí)，Mexp2S4000(一而)=exp|l/匐-Jxio-24.6 試寫(xiě)出在以下二種情形，生成什么缺點(diǎn)？缺點(diǎn)濃度是多少？（a）在A12O3中，添力口0.01mol%的Cr2O3,生成淡紅寶石（b）在A12O3中，添加0.5mol%的NiO,生成黃寶石。解：（a）在A12O3中，添加

32、0.01mol%的Cr2O3,生成淡紅寶石的缺點(diǎn)反映式為：Cr2O3*眄'-CrAl+3。生成置換式雜質(zhì)原子點(diǎn)缺點(diǎn)。其缺點(diǎn)濃度為：0.01%X%=0.004%=4X10-3%（b）當(dāng)添加0.5mol%的NiO在A12O3中，生成黃寶石的缺點(diǎn)反映式為：2NiO32N1川+V；+2Q生成置換式的空位點(diǎn)缺點(diǎn)。其缺點(diǎn)濃度為：0.5%X%=0.3%4.7 非化學(xué)計(jì)量缺點(diǎn)的濃度與周?chē)鷼夥盏男再|(zhì)、壓力大小相關(guān)，若是增大周?chē)鯕獾姆謮?，非化學(xué)計(jì)量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度將發(fā)生如何轉(zhuǎn)變？增大？減少？什么緣故?解：（a）非化學(xué)計(jì)量化合物Fe1-xO,是由于正離子空位，引發(fā)負(fù)離子多余:1“2F

33、eFe+OQ(g)2Fe孔+V限+COL.CC2(g)一CC+V現(xiàn)+2h'按質(zhì)量作用定律，平穩(wěn)常數(shù)K_PoZK=由此可得V叼&Po51/6即：鐵空位的濃度和氧分壓的1/6次方成正比，故當(dāng)周?chē)謮涸龃髸r(shí)，鐵空位濃度增加，晶體質(zhì)量減小，那么Fe-xO的密度也將減小。（b）非化學(xué)計(jì)量化合物Zm+<0,由于正離子填隙，使金屬離子多余：ZnO*-J+2e'+02(g)依照質(zhì)量作用定律K=.時(shí)e'2n即：間隙離子的濃度與氧分壓的1/6次方成反比，故增大周?chē)醴謮?，間隙離子濃度減小,晶體質(zhì)量減小，那么Zni+xO的密度也將減小。4.8 非化學(xué)計(jì)量化合物FexO中，F(xiàn)e3

34、+/Fe2+=0.1,求FexO中的空位濃度及x值。解：非化學(xué)計(jì)量化合物FexO,能夠?yàn)槭莂(mol)的Fe2O3溶入FeO中，缺點(diǎn)反映式為：a2aaFe2O322Fe取+V&+3OO此非化學(xué)計(jì)量化合物的組成為:¥2+Fe初Fe(lNF)。已知：Fe3+/Fe2+加0.1那么：1-2d-ax|i又：V：3+正常格點(diǎn)數(shù)N=1+xV£0.344，空位濃度為N1.9564.9非化學(xué)計(jì)量氧化物TiO2-x的制備強(qiáng)烈依托于氧分壓和溫度：(a)試列出其缺點(diǎn)反映式。(b)求其缺點(diǎn)濃度表達(dá)式。解：非化學(xué)計(jì)量氧化物TiO2-x,其晶格缺點(diǎn)屬于負(fù)離子缺位而使金屬離子多余的類(lèi)型。(a)缺

35、點(diǎn)反映式為：1不'2TiTi?/FONT>3QT-2力+0+3CO+2e'+亍QT(b)缺點(diǎn)濃度表達(dá)式：1V0cl64.10試比較刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)。解：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)見(jiàn)表4-1所示。表4-1刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)與柏格斯矢量口的位置關(guān)系1柏格斯矢量式與刃性位錯(cuò)線垂直柏格斯矢量£與螺型位錯(cuò)線平行位錯(cuò)分類(lèi)刃性位錯(cuò)有正負(fù)之分螺形位錯(cuò)分為左旋和右旋位錯(cuò)是否引起晶體畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)引起晶體畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)，且離位錯(cuò)線越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫∫鹁w畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)，且離位錯(cuò)線越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫∥诲e(cuò)類(lèi)型只后幾個(gè)原子間距的線缺陷只后幾個(gè)原子

36、間距的線缺陷第五章固溶體習(xí)題與解答5.1 試述阻礙置換型固溶體的固溶度的條件。解：1 .離子尺寸因素從晶體穩(wěn)固性考慮，彼此替代的離子尺寸愈相近，那么固溶體愈穩(wěn)固。假設(shè)以ri和2別離代表半徑大和半徑小的兩種離子的半徑。當(dāng)它們半徑差<15%寸，形成持續(xù)置換型固溶體。假設(shè)此值在1530%寸，能夠形成有限置換型固溶體。而此值>30%寸，不能形成固溶體。二、晶體的結(jié)構(gòu)類(lèi)型形成持續(xù)固溶體的兩個(gè)組分必需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(jià)因素只有離子價(jià)相同或復(fù)合替代離子價(jià)總和相同時(shí)，才可能形成持續(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。5.2

37、從化學(xué)組成、相組成考慮，試比較固溶體與化合物、機(jī)械混合物的不同。解：從化學(xué)組成、相組成考慮，固溶體、化合物和機(jī)械混合物的區(qū)別列下表5-1比較之表5-1固溶體、化合物和機(jī)械混合物比較（以AO溶質(zhì)溶解在B2Q溶劑中為例）比較項(xiàng)固溶體化合物機(jī)械混合物化學(xué)組成B2-xAxO/（x=02）ABQAO+BO3相組成均勻單相單相兩相有界面5.3試說(shuō)明固溶體、晶格缺點(diǎn)和非化學(xué)計(jì)量化合物三者之間的異同點(diǎn)。列出簡(jiǎn)明表格比較。解：固溶體、晶格缺點(diǎn)和非化學(xué)計(jì)量化合物都屬晶體結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)，但它們又各有不同，現(xiàn)列表5-2比較之。表5-2固溶體、晶格缺點(diǎn)和非化學(xué)計(jì)量化合物比較分類(lèi)形成原因形成條件缺陷反應(yīng)固溶式溶解度肖特基缺陷晶

38、格熱振執(zhí)八、0K以上03VX*MX只受溫度控制詠陷弗倫克動(dòng)MM=MX爾缺陷Xx=«|-X*埃J無(wú)限置修雜溶解IMI<15%,換型固溶體A2+電價(jià)=B2+電價(jià)，AO吉構(gòu)同BQ電負(fù)性相近A1Bi-xAO受溫度控制x=01間隙離了半徑小，摻雜量固溶度，受溫度控制固溶間、一CLFa、YF3口體有限隙型晶體結(jié)構(gòu)開(kāi)放，空隙大悅”F；+巧C過(guò)i-it丫工F二43t1固溶營(yíng)口用組分2Ca(摻雜量固溶度，受溫度0T體|<30%,8乙+Cm：'+20o|控制缺陷Ca2+電價(jià)wZr4+電肛一一占f%k5-XCaO價(jià)Ca工”*%非化環(huán)境中陽(yáng)離了變價(jià)元素她。三、：rAl+300hhpo學(xué)計(jì)

39、量化氧化物在氧化氣氛中02(g)2Fe她53ICu+30口人1MliU(j缺位氣氛性她。、or：rAl+300+V15陰離子間隙陽(yáng)離子間隙2Crkl+30o+Oo>JCrA1+3OooQ(g)ZnO恒4Zi11ts0+2e'+2coi.300岫。$32CrA1+300II««i+UU(2h,質(zhì)和壓力變化陰離子缺位變價(jià)元素氧化物在還原氣氛中Q(g)Q(g)2Q中和少量YF3攙雜到CaF2中的缺點(diǎn)方程。（a）判定方程的合理性。（b）寫(xiě)出每一方程對(duì)應(yīng)的固溶式。卜心0、解：3MgO-7Li,+“.+3OO(1)252"匐+2Q風(fēng).一YF3Y九+F1+2Ff(

40、3)2YRC4鼻.;2Y'+VCa+6Ff(4)（a）書(shū)寫(xiě)缺點(diǎn)方程第一考慮電價(jià)平穩(wěn)，如方程（1）和（4）。在不等價(jià)置換時(shí)，3M一2A產(chǎn)；2Y3+-3C;。如此即可寫(xiě)出一組缺點(diǎn)方程。第二考慮不等價(jià)離子等量置換，如方程（2）和（3）2M一2A13+;Y3+-Ca2+。如此又可寫(xiě)出一組缺點(diǎn)方程。在這兩組方程中，從結(jié)晶化由于離學(xué)的晶體穩(wěn)固性考慮，在離子晶體中除螢石型晶體結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生間隙型固溶體之外,子晶體中陰離子緊密堆積，間隙陰離子或陽(yáng)離子都會(huì)破壞晶體的穩(wěn)固性。因其間隙型缺點(diǎn)在離子晶體中（除螢石型）較少見(jiàn)。上述四個(gè)方程以（2）和（3）較合理。固然正確的判定必需用固溶體密度測(cè)定法來(lái)決定。(b)(

41、1)(4)5.5一塊金黃色的人造黃玉，化學(xué)分析結(jié)果以為，是在Al203中添加了0.5mol%NiO和0.02mol%2NiO.1J+螞0、2CrA1+3。Q+2OoCr20>2CrA1+3OQCr2O。試寫(xiě)出缺點(diǎn)反映方程(置換型)及化學(xué)式。解：NiO和Cr2O3固溶入Al2Q的缺點(diǎn)反映為：固溶體分子式為：皿七丁Ni工?石取1mol試樣為基準(zhǔn)，那么mHiO=0.005；m°町=0.0002；mAl203=1-=2NiO-2AI203Cr203AI203，取代前AlzQ所占晶格為：+=0.9975mol(Al2O3)取代后各組分所占晶格別離為:Al2。：o.ms0.?9750997

42、3molNiO：0.005.=00050.9975molCr203:0.0002000020.9975mol取代后，固溶體的分子式為:0.9973Al203-0.005NiO-0.0002Cr203或AlNiCr0.0004O1,x1.9946=20.0004=2xy2.9975=3O.OC5=3-25.6ZnO是六方晶系，a=0.3242nm,c=0.5195nm,每一個(gè)晶胞中含2個(gè)ZnO分子，測(cè)得晶體密度別離為5.74,5.606g/cm3,求這兩種情形下各產(chǎn)生什么型式的固溶體？解：六方晶系的晶胞體積也2一.aJcV=2X3.2423x5J95xL041XIO-333cm在兩種密度下晶胞的

43、重量別離為W=diX4.73X10-23=2.72X10-22(g)W=d2X4.73X10-23=2.65X10-22(g)理論上單位晶胞重由+2Ivl口W=密度是di時(shí)為間隙型固溶體，是d2時(shí)為置換型固溶體。5.7 關(guān)于MgOAI2Q和CrzQ,其正、負(fù)離子半徑比別離為0.47、0.36和0.40。AI2O和Cr2O形成持續(xù)固溶體。（a）那個(gè)結(jié)果可能嗎？什么緣故？（b）試估量，在MgO-Cr2O系統(tǒng)中的固溶度是有限仍是專(zhuān)門(mén)大？什么緣故？解：（a）AI2Q與CrzQ有可能形成持續(xù)固溶體。因?yàn)椋?14。-=0.4口=10%<15%結(jié)構(gòu)類(lèi)型相同，均屬剛玉型結(jié)構(gòu)。（b）關(guān)于MgO-Cr2O3

44、系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)類(lèi)型相差較大，前者為NaCl型，后者為剛玉型。盡管R1-R%0.47-04。4所=14.89%<15%也不可能形成完全互溶的固溶體,而只能是有限固溶。5.8 Al2O在MgO將形成有限固溶體，在低共熔溫度1995c時(shí)，約有18wt%Al2Q溶入MgO中，MgOI位晶胞尺寸減小。試估量以下情形下密度的轉(zhuǎn)變。（a）Al3+為間隙離子，（b）AI3+為置換離子。解：（a）Al3+為間隙離子：缺點(diǎn)反映為：一一一立一引-(1)Mg3V21-atAiIJg-K0固溶式分子式：工用Y工（2）（b）Al3+為置換離子：(3)缺點(diǎn)反映為：''''1-'

45、-"，+丁.1一(4)固溶式分子式:取100g試樣為基準(zhǔn)：（為摩爾數(shù)）18-18M網(wǎng)1#m岫5=二=102=0.176（m為摩爾數(shù)）mMg戶(hù)82叫心0.MgO中固溶18%亞1的人12。后的分子式為：2.035MgO0.176Al2Q或MgAlO(5)(5)式各項(xiàng)除以得MgAlO(6)由(6)式得x代入(2)(4)式，MetV3gl-2i37AiM叼XH37對(duì)(a)有工門(mén)口1»工即MgAl一O(b)有MgAJ曄的O設(shè)：固溶前后晶胞體積不變，那么密度轉(zhuǎn)變?yōu)椋簆'Q.17613cl三十2.此5Mg口.176工102+2.035工404n皿。0.PM02.563MMr05d

46、3x403(PMgQ,P'別離代表固溶前后密度)因此，固溶后的密度小于固溶前的密度。5.9用0.2molYR加入CaE3,試計(jì)算說(shuō)明固溶體的類(lèi)型？(元素的相對(duì)原子質(zhì)量：Y=88.90;Ca=40.08;F=19.00)解：YR加入CaE的缺點(diǎn)反映方程如下：。祝I*'YR-丫a+F】+2Ff(1)2YF3眄、2YA+V口+6Ff(2)方程(1)和(2)的固溶式：(1)Ca1-xYxF2+x(2)CadYXF2按題意代入上述固溶式得：間隙型固溶體分子式為CaYE2置換型固溶體分子式為CaYF;它們的密度別離設(shè)為p1和p2。CaF2是螢石型晶體，單位晶胞內(nèi)含有4個(gè)螢石分子。4工14父

47、4口一口8+4其04，£84-8算22,2-北pi=02x10>(0,55x10-7=3.659(g/cm3)4，口4工4口.口144比口4:<。&9+名92/2算1。P2=嚴(yán)項(xiàng)力工1廠廳=3.346(g/cm3)由P1與P2計(jì)算值與實(shí)測(cè)密度p3比較，p1值接近3,因此0.2molYF3加入CaE中形成間隙型固溶體。第六章熔體和非晶態(tài)固體6-1說(shuō)明熔體中聚合物形成進(jìn)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?？煞譃槿齻€(gè)時(shí)期初期：石英的分化；中期：縮聚并伴隨變形；后期：在一按時(shí)刻和必然溫度下，聚合和解聚達(dá)到平穩(wěn)。6-2簡(jiǎn)述阻礙熔體粘度的因素？

48、答：阻礙熔體粘度的要緊因素：溫度和熔體的組成。堿性氧化物含量增加，猛烈降低粘度。隨溫度降低，熔體粘度按指數(shù)關(guān)系遞增。6-3名詞說(shuō)明（并比較其異同）晶子學(xué)說(shuō)和無(wú)規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)單鍵強(qiáng)分化和縮聚（4）網(wǎng)絡(luò)形成劑和網(wǎng)絡(luò)變性劑答：晶子學(xué)說(shuō)：玻璃內(nèi)部是由無(wú)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(wú)定形介中質(zhì)，晶子向無(wú)定形部份過(guò)渡是慢慢完成時(shí)，二者沒(méi)有明顯界限。無(wú)規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)：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(gè)三度空間網(wǎng)絡(luò)所組成。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(lái)的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無(wú)數(shù)次有規(guī)律重復(fù)組成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒(méi)有規(guī)律性。單鍵強(qiáng)：?jiǎn)捂I

49、強(qiáng)即為各類(lèi)化合物分解能與該種化合物配位數(shù)的商。分化進(jìn)程：架狀SiO4斷裂稱(chēng)為熔融石英的分化進(jìn)程?？s聚進(jìn)程：分化進(jìn)程產(chǎn)生的低聚化合物彼此發(fā)生作用，形成級(jí)次較高的聚合物，次進(jìn)程為縮聚進(jìn)程。網(wǎng)絡(luò)形成劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，對(duì)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).k者稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)形成劑。網(wǎng)絡(luò)變性劑：這種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).k者稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)變形劑。6-4試用實(shí)驗(yàn)方式辨別晶體SiO2、SiO2玻璃、硅膠和SiO2熔體。它們的結(jié)構(gòu)有什么不同？答：利用X一射線檢測(cè)。晶體SiO2一質(zhì)點(diǎn)在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。SiO2熔體一內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀，近

50、程有序，遠(yuǎn)程無(wú)序。SiO2玻璃一各向同性。硅膠一疏松多孔。6-5玻璃的組成是13wt%Na。13wt%CaO74wt%SiQ,計(jì)算橋氧分?jǐn)?shù)？解：Na2OCaOSiO2wt%131374mol0.210.231.23mol%12.613.873.6R=(12.6+13.8+73.6X2)/73.6=2.39Z=4.1.X=2R-Z=2.39X24=0.72Y=Z-X=4-0.72=3.28氧橋=3.28/(3.28X0.5+0.72)=69.5%6-6有兩種不同配比的玻璃，其組成如下：序號(hào)NaO(wt%)Al2O3(wt%)SiO2(wt%)i8i2802i2880試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明兩種玻璃高

51、溫下粘度的大小？解：關(guān)于1:Z=4Ri=O/Si=2.55Xi=2Ri-4=1.1Yi=Z-Xi=4-1.1=2.9關(guān)于2:R2=O/Si=2.45X2=2R-4=0.9Y2=4-X2=4-0.9=3.i.Yi<Y2序號(hào)i的玻璃組成的粘度比序號(hào)2的玻璃小。6-7在SiO2中應(yīng)加入多少NazQ使玻璃的O/Si=2.5,現(xiàn)在析晶能力是增強(qiáng)仍是減弱?解：設(shè)加入xmol的NaO,而SiO2的量為ymol。那么O/Si=(x+2y)/y=2.5，x=y/2即二者的物質(zhì)量比為i:2時(shí)，O/Si=2.5。因?yàn)镺/Si增加了，粘度下降，析晶能力增強(qiáng)了。6-8有一種平板玻璃組成為i4Na2O-i3CaO-

52、73SiO23,計(jì)算玻璃的原子堆積系數(shù)(AFP)為多少？計(jì)算該玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)值？解：該玻璃的平均分子量GM=0.i4<62+0.i3X56+0.73X60.02=59.77.3在i?中原子數(shù)為n=pNo/GM=2.5Xi0-24X6.02Xi0233在i?3原子所占體積3333=0.4685AFP=0.46結(jié)構(gòu)參數(shù):Na2OCaOSiO2wt%i4i373mol0.230.23i.22mol%i3.7i3.772.6R=(i3.7+i3.7+72.6X2)/72.6=2.38Z=4.1.X=2R-Z=2.38X2-4=0.76Y=Z-X=4-0.76=3.246-9試比較硅酸鹽玻璃與硼酸

53、鹽玻璃在結(jié)構(gòu)與性能上的不同。答：結(jié)構(gòu)不同：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SiO4以頂角相連而組成的三維架狀結(jié)構(gòu)。由于SiOSi鍵角變更范圍大，使石英玻璃中SiO4四面體排列成無(wú)規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SiO2是硅酸鹽玻璃中的要緊氧化物。硼酸鹽玻璃：B和。交替排列的平面六角環(huán)的B-O集團(tuán)是硼酸鹽玻璃的重要基元，這些環(huán)通過(guò)B-O-B鏈連成三維網(wǎng)絡(luò)。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)那么網(wǎng)絡(luò)不同，任何OB三角體的周?chē)臻g并非完全被臨接的三角體所填充，兩個(gè)原子接近的可能性較小。性能不同：硅酸鹽玻璃：試劑和氣體介質(zhì)化學(xué)穩(wěn)固性好、硬度高、生產(chǎn)方式簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。硼酸鹽玻璃：硼酸鹽玻璃有某些優(yōu)良的特性。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)化溫度比硅酸鹽玻璃低得多；硼對(duì)中子射線的靈敏度高，硼酸鹽玻璃作為原子反映堆的窗口對(duì)材料起屏蔽中子射線的作用。6-10說(shuō)明硼酸鹽玻璃的硼反常現(xiàn)象？答：硼反?，F(xiàn)象：隨著NaaO(RO)含量的增加，橋氧數(shù)增大，熱膨脹系數(shù)慢慢下降。當(dāng)NS2O含量達(dá)到15%P16%寸，橋氧又開(kāi)始減少，熱膨脹系數(shù)從頭上升，這種反?，F(xiàn)象確實(shí)是硼反?，F(xiàn)象。硼反?，F(xiàn)象緣故：當(dāng)數(shù)量不多的堿金屬氧化物同B2O3一路熔融時(shí)，堿金屬所提供的氧不像熔融S