材科基課后習(xí)題答案

1、第二章答案2-1略。2-2（1）一晶面在x、y、z軸上的截距分別為2a、3b、6c，求該晶面的晶面指數(shù)；（2）一晶面在x、y、z軸上的截距分別為a/3、b/2、c，求出該晶面的晶面指數(shù)。答：（1）h:k:l=3:2:1,該晶面的晶面指數(shù)為（321）；（2）h:k:l=3:2:1，該晶面的晶面指數(shù)為（321）。2-3在立方晶系晶胞中畫出下列晶面指數(shù)和晶向指數(shù)：（001）與，（111）與，（）與111，（）與236，（257）與，（123）與，（102），（），（），110，答：2-4定性描述晶體結(jié)構(gòu)的參量有哪些？定量描述晶體結(jié)構(gòu)的參量又有哪些？答：定性：對(duì)稱軸、對(duì)稱中心、晶系、點(diǎn)陣。定量：晶胞參

2、數(shù)。2-5依據(jù)結(jié)合力的本質(zhì)不同，晶體中的鍵合作用分為哪幾類？其特點(diǎn)是什么？答：晶體中的鍵合作用可分為離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、范德華鍵和氫鍵。離子鍵的特點(diǎn)是沒有方向性和飽和性，結(jié)合力很大。共價(jià)鍵的特點(diǎn)是具有方向性和飽和性，結(jié)合力也很大。金屬鍵是沒有方向性和飽和性的的共價(jià)鍵，結(jié)合力是離子間的靜電庫(kù)侖力。范德華鍵是通過分子力而產(chǎn)生的鍵合，分子力很弱。氫鍵是兩個(gè)電負(fù)性較大的原子相結(jié)合形成的鍵，具有飽和性。2-6等徑球最緊密堆積的空隙有哪兩種？一個(gè)球的周圍有多少個(gè)四面體空隙、多少個(gè)八面體空隙？答：等徑球最緊密堆積有六方和面心立方緊密堆積兩種，一個(gè)球的周圍有8個(gè)四面體空隙、6個(gè)八面體空隙。2-7n個(gè)等徑球

3、作最緊密堆積時(shí)可形成多少個(gè)四面體空隙、多少個(gè)八面體空隙？不等徑球是如何進(jìn)行堆積的？答：n個(gè)等徑球作最緊密堆積時(shí)可形成n個(gè)八面體空隙、2n個(gè)四面體空隙。不等徑球體進(jìn)行緊密堆積時(shí)，可以看成由大球按等徑球體緊密堆積后，小球按其大小分別填充到其空隙中，稍大的小球填充八面體空隙，稍小的小球填充四面體空隙，形成不等徑球體緊密堆積。2-8寫出面心立方格子的單位平行六面體上所有結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。答：面心立方格子的單位平行六面體上所有結(jié)點(diǎn)為：（000）、（001）（100）（101）（110）（010）（011）（111）（0）（0）（0）（1）（1）（1）。2-9計(jì)算面心立方、密排六方晶胞中的原子數(shù)、配位數(shù)、堆積系

4、數(shù)。答：面心：原子數(shù)4，配位數(shù)6，堆積密度六方：原子數(shù)6，配位數(shù)6，堆積密度2-10根據(jù)最緊密堆積原理，空間利用率越高，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，金剛石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低（只有34.01），為什么它也很穩(wěn)定？答：最緊密堆積原理是建立在質(zhì)點(diǎn)的電子云分布呈球形對(duì)稱以及無方向性的基礎(chǔ)上的，故只適用于典型的離子晶體和金屬晶體，而不能用最密堆積原理來衡量原子晶體的穩(wěn)定性。另外，金剛石的單鍵個(gè)數(shù)為4，即每個(gè)原子周圍有4個(gè)單鍵（或原子），由四面體以共頂方式共價(jià)結(jié)合形成三維空間結(jié)構(gòu)，所以，雖然金剛石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低（只有34.01），但是它也很穩(wěn)定。2-11證明等徑圓球六方最密堆積的空隙率為25.9。答：設(shè)球半徑為a

5、，則球的體積為，球的z=4，則球的總體積（晶胞），立方體晶胞體積：(2a)3=16a3，空間利用率=球所占體積/空間體積=74.1%，空隙率=1-74.1%=25.9%。2-12金屬鎂原子作六方密堆積，測(cè)得它的密度為1.74g/cm3，求它的晶胞體積。答：設(shè)晶胞的體積為V,相對(duì)原子質(zhì)量為M,則晶胞體積nm32-13根據(jù)半徑比關(guān)系，說明下列離子與O2配位時(shí)的配位數(shù)各是多少？已知rO20.132nm，rSi40.039nm，rK0.131nm，rAl30.057nm，rMg20.078nm。答：對(duì)于Si4+、K+、Al3+、Mg2+來說，其依次是0.295、0.99、0.43、0.59；依據(jù)正離子

6、配位數(shù)與正負(fù)離子半徑比的關(guān)系知配位數(shù)為：Si4+4；K+8；Al3+6；Mg2+6。2-14為什么石英不同系列變體之間的轉(zhuǎn)化溫度比同系列變體之間的轉(zhuǎn)化溫度高得多？答：石英同一系列之間的轉(zhuǎn)變是位移性轉(zhuǎn)變，不涉及晶體結(jié)構(gòu)中鍵的破裂和重建，僅是鍵長(zhǎng)、鍵角的調(diào)整、需要能量較低，且轉(zhuǎn)變迅速可逆；而不同系列之間的轉(zhuǎn)變屬于重建性轉(zhuǎn)變，都涉及到舊鍵的破裂和新鍵的重建，因而需要較的能量，且轉(zhuǎn)變速度緩慢；所以石英不同系列之間的轉(zhuǎn)化溫度比同系列變體之間轉(zhuǎn)化的溫度要高的多。2-15有效離子半徑可通過晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定算出。在下面NaCl型結(jié)構(gòu)晶體中，測(cè)得MgS和MnS的晶胞參數(shù)均為a0.520nm（在這兩種結(jié)構(gòu)中，陰離子是

7、相互接觸的）。若CaS（a0.567nm）、CaO（a0.480nm）和MgO（a0.420nm）為一般陽(yáng)離子陰離子接觸，試求這些晶體中各離子的半徑。答：MgS中a=0.502nm，陰離子相互接觸，a=2r-，rS2-=0.177nm；CaS中a=0.567nm，陰陽(yáng)離子相互接觸，a=2(r+r-)，rCa2+=0.107nm；CaO中a=0.408nm，a=2(r+r-)，rO2-=0.097nm；MgO中a=0.420nm，a=2(r+r-)，rMg2+=0.113nm。2-16氟化鋰（LiF）為NaCl型結(jié)構(gòu)，測(cè)得其密度為2.6g/cm3，根據(jù)此數(shù)據(jù)計(jì)算晶胞參數(shù)，并將此值與你從離子半徑計(jì)

8、算得到數(shù)值進(jìn)行比較。答：設(shè)晶胞的體積為V,相對(duì)原子質(zhì)量為M,對(duì)于NaCl型結(jié)構(gòu)來說，其n=4,則晶胞體積nm3則晶胞參數(shù)：,根據(jù)離子半徑計(jì)算：a=2(r+r-)=4.14nm<a2-17Li2O的結(jié)構(gòu)是O2作面心立方堆積，Li占據(jù)所有四面體空隙位置，氧離子半徑為0.132nm。求：（1）計(jì)算負(fù)離子彼此接觸時(shí)，四面體空隙所能容納的最大陽(yáng)離子半徑，并與書末附表Li半徑比較，說明此時(shí)O2能否互相接觸；（2）根據(jù)離子半徑數(shù)據(jù)求晶胞參數(shù)；（3）求Li2O的密度。解：根據(jù)上圖GO=FO=rmax，AB=BC=AC=AD=BD=CD=2由幾何關(guān)系知：=0.054nm比Li+的離子半徑rLi+=0.07

9、8nm小，所以此時(shí)O2-不能互相接觸。晶胞參數(shù)=0.373nmLi2O的密度g/cm32-18MgO和CaO同屬NaCl型結(jié)構(gòu)，而它們與水作用時(shí)則CaO要比MgO活潑，試解釋之。解：因?yàn)閞Mg2+與rCa2+不同，rCa2+>rMg2+，使CaO結(jié)構(gòu)較MgO疏松，H2O易于進(jìn)入，所以活潑。2-19CaF2的晶胞參數(shù)為0.547nm。（1）根據(jù)CaF2晶胞立體圖畫出CaF2晶胞在（001）面上的投影圖；（2）畫出CaF2（110）面上的離子排列簡(jiǎn)圖；（3）正負(fù)離子半徑之和為多少？解（1）CaF2晶胞在（001）面上的投影圖（2）CaF2（110）面上的離子排列簡(jiǎn)圖（3）正負(fù)離子半徑之和2-

10、20計(jì)算CdI2晶體中的I及CaTiO3晶體中O2的電價(jià)是否飽和？解：CdI2晶體中Cd2+的配位數(shù)CN=6，I-與三個(gè)在同一邊的Cd2+相連，且I-的配位數(shù)CN=3所以，即I-電價(jià)飽和CaTiO3晶體中，Ca2+的配位數(shù)CN=12，Ti4+的配位數(shù)CN=6，O2-的配位數(shù)CN=6所以，即O2-電價(jià)飽和。2-21（1）畫出O2作面心立方堆積時(shí)，各四面體空隙和八面體空隙的所在位置（以一個(gè)晶胞為結(jié)構(gòu)基元表示出來）；（2）計(jì)算四面體空隙數(shù)、八而休空隙數(shù)與O2數(shù)之比解（1）略（2）四面體空隙數(shù)與O2數(shù)之比為2:1，八面體空隙數(shù)與O2數(shù)之比為1:12-22根據(jù)電價(jià)規(guī)則，在下面情況下，空隙內(nèi)各需填入何種價(jià)

11、數(shù)的陽(yáng)離子，并對(duì)每一種結(jié)構(gòu)舉出個(gè)例子。（1）所有四面體空隙位置均填滿；（2）所有八面體空隙位置均填滿；（3）填滿半四面體空隙位置；（4）填滿半八面體空隙位置。答：分別為（1）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:2如CaF2（2）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:1如NaCl（3）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:1如ZnS（4）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:2如TiO22-23化學(xué)手冊(cè)中給出NH4Cl的密度為1.5g/cm3，X射線數(shù)據(jù)說明NH4Cl有兩種晶體結(jié)構(gòu)，一種為NaCl型結(jié)構(gòu)，a0.726nm；另一種為CsCl結(jié)構(gòu)，a0.387nm。上述密度值是哪一種晶型的？（NH4離子作為一個(gè)單元占據(jù)晶體點(diǎn)陣）。解：若NH4Cl為NaCl結(jié)構(gòu)

12、則可由公式可得：=0.912g/cm3若NH4Cl為NaCl結(jié)構(gòu)，則可由公式可得：=1.505由計(jì)算可知NaCl型結(jié)構(gòu)的NH4Cl與化學(xué)手冊(cè)中給出NH4Cl的密度接近，所以該密度NaCl晶型2-24MnS有三種多晶體，其中兩種為NaCl型結(jié)構(gòu)，一種為立方ZnS型結(jié)構(gòu)，當(dāng)有立方型ZnS結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镹aCl型結(jié)構(gòu)時(shí)，體積變化的百分?jǐn)?shù)是多少？已知CN6時(shí)，rMn20.08nm，rS20.184nm；CN4時(shí)，rMn20.073nm，rS20.167nm。解：當(dāng)為立方ZnS型結(jié)構(gòu)時(shí)：=0.472nm當(dāng)為NaCl型結(jié)構(gòu)時(shí)：=2(rMn2+rS2-)=2(0.08+0.184)=0.384nm所以體積變化：

13、=46.15%2-25鈦酸鋇是一種重要的鐵電陶瓷，其晶型是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，試問：（1）屬于什么點(diǎn)陣？（2）這個(gè)結(jié)構(gòu)中離子的配位數(shù)為若干？（3）這個(gè)結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則嗎？請(qǐng)作充分討論。答：（1）屬于立方晶系（2）Ba2+、Ti4+和O2-的配位數(shù)分別為12、6和6（3）這個(gè)結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則鮑林第一規(guī)則配位多面體規(guī)則對(duì)于Ti4+配位數(shù)為6對(duì)于Ba2+配位數(shù)為12符合鮑林第一規(guī)則鮑林第二規(guī)則電價(jià)規(guī)則即負(fù)離子電荷Z-=則O2-離子電荷=與O2-離子電荷相等，故符合鮑林第二規(guī)則，又根據(jù)鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)知其配位多面體不存在共棱或共面的情況，結(jié)構(gòu)情況也符合鮑林第四規(guī)則不同配位體連接方式規(guī)則和鮑林第五規(guī)則節(jié)約規(guī)則所以鈣

14、鈦礦結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則。2-26硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？怎樣表征其學(xué)式？答：硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，但不同的結(jié)構(gòu)之間具有下面的共同特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)中的Si4+離子位于O2-離子形成的四面體中心，構(gòu)成硅酸鹽晶體的基本結(jié)構(gòu)單元SiO4四面體。Si-O-Si是一條夾角不等的折線，一般在145°左右。（2）SiO4四面體的每個(gè)頂點(diǎn)，即O2-離子最多只能為兩個(gè)SiO4四面體所共用。（3）兩個(gè)相鄰的SiO4四面體之間只能共頂而不能共棱或共面連接。（4）SiO4四面體中心的Si4+離子可以部分地被Al3+離子所取代，取代后結(jié)構(gòu)本身不發(fā)生太大變化，即所謂的同晶取代，但晶體的性質(zhì)發(fā)生了很大的變化。這為材

15、料的改性提供了可能。硅酸鹽的化學(xué)式表征方法主要有以下兩種：（1）氧化物表示法將構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫出來，先是1價(jià)的堿金屬氧化物，其次是2價(jià)、3價(jià)的金屬氧化物，最后是SiO2（2）無機(jī)絡(luò)合鹽表示法構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有離子按一定的比例和順序全部寫出來，再把相關(guān)的絡(luò)陰離子用中括號(hào)括起來即可。先是1價(jià)、2價(jià)的金屬離子，其次是Al3+離子和Si4+離子，最后是O2-離子和OH-離子。氧化物表示法的優(yōu)點(diǎn)在于一目了然的反應(yīng)出晶體的化學(xué)組成，可以按此配料來進(jìn)行晶體的實(shí)驗(yàn)室合成。用無機(jī)絡(luò)合鹽法則可以比較直觀的反應(yīng)出晶體所屬的結(jié)構(gòu)類型，進(jìn)而可以對(duì)晶體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)作出一定程度的預(yù)測(cè)。兩種

16、表示方法之間可以相互轉(zhuǎn)換。2-27硅酸鹽晶體的分類依據(jù)是什么？可分為那幾類，每類的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？答：硅酸鹽晶體主要是根據(jù)SiO4在結(jié)構(gòu)中的排列結(jié)合方式來分類，具體可以分為五類：島狀、組群狀、鏈狀、層狀和架狀。結(jié)構(gòu)和組成上的特征見下表：結(jié)構(gòu)類型SiO4共用O2-數(shù)形狀絡(luò)陰離子團(tuán)Si:OI島狀0四面體SiO44-1:4組群狀1222雙四面體三節(jié)環(huán)四節(jié)環(huán)六節(jié)環(huán)Si2O76-Si3O96-Si4O128-Si6O1812-2:71:31:31:3鏈狀22、3單鏈雙鏈Si2O64-Si4O116-1:34:11層狀3平面層Si4O104-4:10架狀4骨架SiO44-(AlxSi4-x)O8x-1:4

17、1:42-28下列硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型：Mg2SiO4，KAlSi3O8，CaMgSi2O6，Mg3Si4O10（OH）2，Ca2AlAlSiO7。答：分別為島狀；架狀；單鏈；層狀（復(fù)網(wǎng)）；組群（雙四面體）。2-29根據(jù)Mg2SiO4在（100）面的投影圖回答：（1）結(jié)構(gòu)中有幾種配位多面體，各配位多面體間的連接方式怎樣？（2）O2的電價(jià)是否飽和？（3）晶胞的分子數(shù)是多少？（4）Si4和Mg2所占的四面體空隙和八面體空隙的分?jǐn)?shù)是多少？解：（1）有兩種配位多面體，SiO4，MgO6，同層的MgO6八面體共棱，如59MgO6和49MgO6共棱75O2-和27O2-，不同層的MgO6八面體共頂，

18、如1MgO6和51MgO6共頂是22O2-，同層的MgO6與SiO4共頂，如TMgO6和7SiO4共頂22O2-，不同層的MgO6與SiO4共棱，TMgO6和43SiO4共28O2-和28O2-；（2）O2-與3個(gè)MgO6和1個(gè)SiO4，所以O(shè)2-飽和（3）z=4；（4）Si4+占四面體空隙=1/8，Mg2+占八面體空隙=1/2。2-30石棉礦如透閃石Ca2Mg5Si4O11（OH）2具有纖維狀結(jié)晶習(xí)性，而滑石Mg3Si4O10（OH）2卻具有片狀結(jié)晶習(xí)性，試解釋之。解：透閃石雙鏈結(jié)構(gòu)，鏈內(nèi)的Si-O鍵要比鏈5的Ca-O、Mg-O鍵強(qiáng)很多，所以很容易沿鏈間結(jié)合力較弱處劈裂成為纖維狀；滑石復(fù)網(wǎng)層

19、結(jié)構(gòu)，復(fù)網(wǎng)層由兩個(gè)SiO4層和中間的水鎂石層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，復(fù)網(wǎng)層與復(fù)網(wǎng)層之間靠教弱的分之間作用力聯(lián)系，因分子間力弱，所以易沿分子間力聯(lián)系處解理成片狀。2-31石墨、滑石和高嶺石具有層狀結(jié)構(gòu)，說明它們結(jié)構(gòu)的區(qū)別及由此引起的性質(zhì)上的差異。解：石墨與滑石和高嶺石比較，石墨中同層C原子進(jìn)行SP2雜化，形成大鍵，每一層都是六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于間隙較大，電子可在同層中運(yùn)動(dòng)，可以導(dǎo)電，層間分子間力作用，所以石墨比較軟?；透邘X石區(qū)別主要是滑石是Mg2+取代Al3+的2:1型結(jié)構(gòu)八面體層為三八面體型結(jié)構(gòu)而高嶺石為1:1型二八面體結(jié)構(gòu)2-32（1）在硅酸鹽晶體中，Al3為什么能部分置換硅氧骨架中的Si4；（2）A

20、l3置換Si4后，對(duì)硅酸鹽組成有何影響？（3）用電價(jià)規(guī)則說明Al3置換骨架中的Si4時(shí)，通常不超過一半，否則將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。解：（1）Al3+可與O2-形成AlO45-；Al3+與Si4+處于第二周期，性質(zhì)類似，易于進(jìn)入硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中與Si4+發(fā)生同晶取代，由于遵循鮑林規(guī)則，所以只能部分取代；（2）Al3+置換Si4+是部分取代，Al3+取代Si4+時(shí)，結(jié)構(gòu)單元AlSiO4ASiO5，失去了電中性，有過剩的負(fù)電荷，為了保持電中性，將有一些半徑較大而電荷較低的陽(yáng)離子如K+、Ca2+、Ba2+進(jìn)入結(jié)構(gòu)中；（3）設(shè)Al3+置換了一半的Si4+，則O2-與一個(gè)Si4+一個(gè)Al3+相連，陽(yáng)離子靜電鍵強(qiáng)

21、度=3/4×1+4/4×1=7/4，O2-電荷數(shù)為-2，二者相差為1/4，若取代超過一半，二者相差必然>1/4，造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。第三章答案3-2略。3-2試述位錯(cuò)的基本類型及其特點(diǎn)。解：位錯(cuò)主要有兩種：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線垂直，符號(hào)，有多余半片原子面。螺型位錯(cuò)特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線平行，與位錯(cuò)線垂直的面不是平面，呈螺施狀，稱螺型位錯(cuò)。3-3非化學(xué)計(jì)量化合物有何特點(diǎn)？為什么非化學(xué)計(jì)量化合物都是n型或p型半導(dǎo)體材料？解：非化學(xué)計(jì)量化合物的特點(diǎn)：非化學(xué)計(jì)量化合物產(chǎn)生及缺陷濃度與氣氛性質(zhì)、壓力有關(guān)；可以看作是高價(jià)化合物與低價(jià)化合物的固溶體；缺陷濃

22、度與溫度有關(guān)，這點(diǎn)可以從平衡常數(shù)看出；非化學(xué)計(jì)量化合物都是半導(dǎo)體。由于負(fù)離子缺位和間隙正離子使金屬離子過剩產(chǎn)生金屬離子過剩（n型）半導(dǎo)體，正離子缺位和間隙負(fù)離子使負(fù)離子過剩產(chǎn)生負(fù)離子過剩（p型）半導(dǎo)體。3-4影響置換型固溶體和間隙型固溶體形成的因素有哪些？解：影響形成置換型固溶體影響因素：（1）離子尺寸：15%規(guī)律：1.（R1-R2）/R1>15%不連續(xù)。2.<15%連續(xù)。3.>40%不能形成固熔體。（2）離子價(jià)：電價(jià)相同，形成連續(xù)固熔體。（3）晶體結(jié)構(gòu)因素：基質(zhì)，雜質(zhì)結(jié)構(gòu)相同，形成連續(xù)固熔體。（4）場(chǎng)強(qiáng)因素。（5）電負(fù)性：差值小，形成固熔體。差值大形成化合物。影響形成間隙型

23、固溶體影響因素：（1）雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大?。杭刺砑拥脑佑?，易形成固溶體，反之亦然。（2）晶體（基質(zhì)）結(jié)構(gòu)：離子尺寸是與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切相關(guān)的，在一定程度上來說，結(jié)構(gòu)中間隙的大小起了決定性的作用。一般晶體中空隙愈大，結(jié)構(gòu)愈疏松，易形成固溶體。（3）電價(jià)因素：外來雜質(zhì)原子進(jìn)人間隙時(shí)，必然引起晶體結(jié)構(gòu)中電價(jià)的不平衡，這時(shí)可以通過生成空位，產(chǎn)生部分取代或離子的價(jià)態(tài)變化來保持電價(jià)平衡。3-5試分析形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影響。解：影響有：（1）穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生；（2）活化晶格，形成固溶體后，晶格結(jié)構(gòu)有一定畸變，處于高能量的活化狀態(tài)，有利于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；（3）固溶強(qiáng)化，溶質(zhì)原子的溶入，使固溶

24、體的強(qiáng)度、硬度升高；（4）形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響：固溶體的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化，但一般都不是線性關(guān)系。固溶體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元，而塑性則較低3-6說明下列符號(hào)的含義：VNa，VNa'，VCl，（VNa'VCl），CaK，CaCa，Cai解：鈉原子空位；鈉離子空位，帶一個(gè)單位負(fù)電荷；氯離子空位，帶一個(gè)單位正電荷；最鄰近的Na+空位、Cl-空位形成的締合中心；Ca2+占據(jù)K.位置，帶一個(gè)單位正電荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+處于晶格間隙位置。3-7寫出下列缺陷反應(yīng)式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶體；（2）CaCl2

25、溶入NaCl中形成空位型固溶體；（3）NaCl形成肖特基缺陷；（4）Agl形成弗倫克爾缺陷（Ag+進(jìn)入間隙）。解：（1）NaClNaCa+ClCl+VCl·（2）CaCl2CaNa·+2ClCl+VNa（3）OVNa+VCl·（4）AgAgVAg+Agi·3-8MgO的密度是3.58g/cm3，其晶格參數(shù)是0.42nm，計(jì)算單位晶胞MgO的肖特基缺陷數(shù)。解：設(shè)有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子數(shù)為x，晶胞體積V=（4.20）3，x=VN0/M=3.96,單位晶胞的肖脫基缺陷數(shù)=4-x=0.04。3-9MgO（NaCl型結(jié)構(gòu)）和Li2O（反螢石型結(jié)構(gòu)）均以氧的立

26、方密堆為基礎(chǔ)，而且陽(yáng)離子都在這種排列的間隙中，但在MgO中主要的點(diǎn)缺陷是肖特基缺陷，而在Li2O中是弗倫克爾型，請(qǐng)解釋原因。解：Mg占據(jù)四面體空隙，Li占據(jù)八面體空隙。3-10MgO晶體的肖特基缺陷生成能為84kJ/mol，計(jì)算該晶體1000K和1500K的缺陷濃度。（答：6.4×103，3.5×102）解：n/N=exp（-E/2RT），R=8.314，T=1000k：n/N=6.4×10-3；T=1500k：n/N=3.5×10-2。3-11非化學(xué)計(jì)量化合物FexO中，F(xiàn)e3+Fe2+0.1，求FexO中的空位濃度及x值。（答：2.25×1

27、05；0.956）解：Fe2O32FeFe·+3OO+VFey2yyFe3+2yFe2+1-3yO，X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565OVFe=2.22×10-23-12非化學(xué)計(jì)量缺陷的濃度與周圍氣氛的性質(zhì)、壓力大小相關(guān)，如果增大周圍氧氣的分壓非化學(xué)計(jì)量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度將發(fā)生怎么樣的變化？增大還是減?。繛槭裁?？解：Zn（g）Zni·+eZn（g）+1/2O2=ZnOZni·+e+1/2O2ZnOZnO=ePO2Zni·O2（g）OO+VFe+2h·k=OOVFeh·/PO21/

28、2=4OOVFe3/PO21/2VFePO2-1/6，PO2VFe3-13對(duì)于刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)，區(qū)別其位錯(cuò)線方向、伯氏矢量和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向的特點(diǎn)。解：刃位錯(cuò)：位錯(cuò)線垂直于位錯(cuò)線垂直于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向；螺位錯(cuò)：位錯(cuò)線平行于位錯(cuò)線平行于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向。3-14圖3-1是晶體二維圖形，內(nèi)含有一個(gè)正刃位錯(cuò)和一個(gè)負(fù)刃位錯(cuò)。（1）圍繞兩個(gè)位錯(cuò)伯格斯回路，最后得伯格斯矢量若干？（2）圍繞每個(gè)位錯(cuò)分別作伯氏回路，其結(jié)果又怎樣？解：略。3-15有兩個(gè)相同符號(hào)的刃位錯(cuò)，在同一滑移面上相遇，它們將是排斥還是吸引？解：排斥，張應(yīng)力重疊，壓應(yīng)力重疊。3-16晶界對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)將發(fā)生怎么樣的影響？能預(yù)計(jì)嗎？解：晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作

29、用。3-17晶界有小角度晶界與大角度晶界之分，大角度晶界能用位錯(cuò)的陣列來描述嗎？解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于無序的狀態(tài)，而位錯(cuò)之間的距離可能只有1、2個(gè)原子的大小，不適用于大角度晶界。3-18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。固溶體機(jī)械混合物化合物形成原因以原子尺寸“溶解”生成粉末混合原子間相互反映生成相數(shù)均勻單相多相單相均勻化學(xué)計(jì)量不遵守定比定律遵守定比定律化學(xué)組成不確定有幾種混合物就有多少化學(xué)組成確定以AO溶質(zhì)溶解在B2O3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（x=02）AB2O4AO+B2O3相組成均勻單相單相兩相有界面3-19試闡明

30、固溶體、晶格缺陷和非化學(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、晶格缺陷、非化學(xué)計(jì)量化合物都是點(diǎn)缺陷，是晶體結(jié)構(gòu)缺陷，都是單相均勻的固體，結(jié)構(gòu)同主晶相。熱缺陷本征缺陷；固溶體非本征缺陷；分類形成原因形成條件缺陷反應(yīng)化學(xué)式溶解度、缺陷濃度熱缺陷肖特基弗倫克爾熱起伏T>0kO+MMMi··+MXMX只受溫度控制固溶體無限，有限，置換，間隙攙雜溶解大小，電負(fù)性，電價(jià)，結(jié)構(gòu)無：受溫度控制有：攙雜量<固溶度受溫度控制攙雜量>固溶度受固溶度控制非化學(xué)計(jì)量化合物陽(yáng)缺陰間陽(yáng)間陰缺環(huán)境中氣氛性質(zhì)和壓力變化Fe1-xOUO2+xZn1+xOTiO2-Xh&#

31、183;3-20在面心立方空間點(diǎn)陣中，面心位置的原子數(shù)比立方體項(xiàng)角位置的原子數(shù)多三倍。原子B溶入A晶格的面心位置中，形成置換型固溶體，其成分應(yīng)該是A3B呢還是A2B？為什么？解：略。3-21Al2O3在MgO中形成有限固溶體，在低共熔溫度1995時(shí)約有18wtAl2O3溶入MgO中，假設(shè)MgO單位晶胞尺寸變化可忽略不計(jì)。試預(yù)計(jì)下列情況的密度變化。1）Al3+為填隙離子；2）Al3+為置換離子。解：（a）Al3+為填隙離子：缺陷反應(yīng)為：（1）固溶式分子式：（b）Al3+為置換離子：缺陷反應(yīng)為：（2）固溶式分子式：（3）取100g試樣為基準(zhǔn)：（為摩爾數(shù)）（m為摩爾數(shù)）MgO中固溶18%wt的Al2

32、O3后的分子式為：2.035MgO·0.176Al2O3或Mg2.035Al0.352O2.563（4）（4）式各項(xiàng)除以2.563得Mg0.794Al0.137O（5）由（5）式得x=0.137代入（2）（3）式，對(duì)（a）有即（b）有設(shè)：固溶前后晶胞體積不變，則密度變化為：（，分別代表固溶前后密度） 所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。3-22對(duì)硫鐵礦進(jìn)行化學(xué)分析：按分析數(shù)據(jù)的Fe/S計(jì)算，得出兩種可能的成分：Fe1-xS和FeS1-x，前者意味著是Fe空位的缺陷結(jié)構(gòu)，后者是Fe被置換。設(shè)想用一種實(shí)驗(yàn)方法以確定該礦物究竟屬哪一類成分？解：Fe1-xS中存在Fe空位，非化學(xué)計(jì)量，存在h

33、·P型半導(dǎo)體；FeS1-x中金屬離子過剩，存在S2-空位，存在N型半導(dǎo)體；因Fe1-xS、FeS1-x分屬不同類型半導(dǎo)體，通過實(shí)驗(yàn)確定其半導(dǎo)體性質(zhì)即可。3-23說明為什么只有置換型固溶體的兩個(gè)組分之間才能相互完全溶解，而填隙型固溶體則不能。解：（1）晶體中間隙位置是有限的，容納雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)能力<10%；（2）間隙式固溶體的生成，一般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使晶格變得不穩(wěn)定而離解；置換固溶體形成是同號(hào)離子交換位置，不會(huì)對(duì)接產(chǎn)生影響，所以可形成連續(xù)固溶體。3-24對(duì)于MgO、Al2O3和Cr2O3，其正、負(fù)離子半徑比分別為0.47、0.36和0.40，則Al2O3和Al2O

34、3形成連續(xù)固溶體。（1）這個(gè)結(jié)果可能嗎？為什么？（2）試預(yù)計(jì)，在MgOCr2O3系統(tǒng)中的固溶度是有限的還是無限的？為什么？解：（1）Al2O3與Cr2O3能形成連續(xù)固溶體，原因：1）結(jié)構(gòu)內(nèi)型相同，同屬于剛玉結(jié)構(gòu)。2）（2）MgO與Cr2O3的固溶度為有限原因:結(jié)構(gòu)類型不同MgO屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，Cr2O3屬剛玉結(jié)構(gòu)。雖然也不可能形成連續(xù)固溶體。3-25某種NiO是非化學(xué)計(jì)量的，如果NiO中Ni3+Ni2+104，問每1m3中有多少載流子？解：設(shè)非化學(xué)計(jì)量化合物為NixO，Ni2O32+3+y2yyNi3+2yNi2+1-3yONi3+/Ni2+=2y/（1-3y）=10-x則y=5×

35、;10-5，x=1-y=0.99995，Ni0.99995O每m3中有多少載流子即為空位濃度：=y/（1+x）=2.5×10-5。3-26在MgOAl2O3和PbTiO3PbZrO3中哪一對(duì)形成有限固溶體，哪一對(duì)形成無限固溶體，為什么？解：MgO-AL2O3：，即rMg、rAl半徑相差大，MgO（NaCl型）、AL2O3（剛玉）結(jié)構(gòu)類型差別大，形成有限固溶體；PbTiO3-PbZrO3形成無限固溶體，因?yàn)楸M管Ti4+、Zr4+半徑相差較大（15.28）,但都是（ABO3）鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，Ti4+、Zr4+都填充八面體空隙，該空隙體積較大，可填入的陽(yáng)離子的半徑r值可在一定范圍內(nèi)變化，而不

36、至于使結(jié)構(gòu)變化。3-27CeO2為螢石結(jié)構(gòu)，其中加入15mol%CaO形成固溶體，測(cè)得固溶體密度d7.01g/cm3，晶胞參數(shù)a0.5417nm，試通過計(jì)算判斷生成的是哪一種類型固溶體。已知原子量Ce140.12，Ca40.08，O16.00。解：對(duì)于CaO-CeO2固溶體來說，從滿足電中性來看，可以形成氧離子空位的固溶體也可形成Ca2+嵌入陰離子間隙中的固溶體，其固溶方程為：對(duì)于置換式固溶體有x=0.15，1-x=0.85，2-x=1.85，所以置換式固溶體化學(xué)式Ca0.15Ce0.85O1.85。有因?yàn)镃eO2屬于螢石結(jié)構(gòu)，晶胞分子數(shù)Z=4，晶胞中有Ca2+、Ce4+、O2-三種質(zhì)點(diǎn)。晶胞

37、質(zhì)量對(duì)于間隙固溶體，其化學(xué)式Ca2yCe1-yO2，與已知組成Ca0.15Ce0.85O1.85相比，O2-不同，Ca0.15Ce0.85O1.85Ca0.15×2/1.85Ce0.83×2/1.85O2間隙式固溶體化學(xué)式Ca0.13×2/1.85Ce1.7/1.85O2同理可得實(shí)測(cè)密度為d=7.01，接近于d2形成間隙固溶體，存在間隙Ca離子第四章答案4-1略。4-2試簡(jiǎn)述硅酸鹽熔體聚合物結(jié)構(gòu)形成的過程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。解：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(gè)階段：初期：石英的分化，架狀SiO4斷裂，在熔體中形成了各種聚合程度的聚合物

38、。中期：縮聚并伴隨變形一般鏈狀聚合物易發(fā)生圍繞Si-O軸轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)彎曲，層狀聚合物使層本身發(fā)生褶皺、翹曲、架狀聚合物熱缺陷增多，同時(shí)Si-O-Si鍵角發(fā)生變化。SiO4Na4+Si2O7Na6Si3O10Na8+Na2O（短鍵）3Si3O10Na8Si6O18Na12+2Na2O（六節(jié)環(huán)）后期：在一定時(shí)間和溫度范圍內(nèi)，聚合和解聚達(dá)到平衡?？s聚釋放的Na2O又能進(jìn)一步侵蝕石英骨架而使其分化出低聚物，如此循環(huán)，直到體系達(dá)到分化-縮聚平衡為止。4-3試用實(shí)驗(yàn)方法鑒別晶體SiO2、SiO2玻璃、硅膠和SiO2熔體。它們的結(jié)構(gòu)有什么不同？解：利用X射線檢測(cè)。晶體SiO2質(zhì)點(diǎn)在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異

39、性。SiO2熔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠(yuǎn)程無序。SiO2玻璃各向同性。硅膠疏松多孔。4-4影響熔體粘度的因素有哪些？試分析一價(jià)堿金屬氧化物降低硅酸鹽熔體粘度的原因。解：（1）影響熔體粘度的主要因素：溫度和熔體的組成。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。（2）通常堿金屬氧化物（Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O）能降低熔體粘度。這些正離子由于電荷少、半徑大、和O2的作用力較小，提供了系統(tǒng)中的“自由氧”而使O/Si比值增加，導(dǎo)致原來硅氧負(fù)離子團(tuán)解聚成較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單位，因而使活化能減低、粘度變小。4-5熔體粘度在727時(shí)是107Pa·s，在

40、1156時(shí)是103Pa·s，在什么溫度下它是106Pa·s？解：根據(jù)727時(shí)，=107Pa·s，由公式得：（1）1156時(shí)，=103Pa·s，由公式得：（2）聯(lián)立（1），（2）式解得A=-6.32，B=13324當(dāng)=106Pa·s時(shí)，解得t=808.5。4-6試述石英晶體、石英熔體、Na2O·2SiO2熔體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的區(qū)別。石英晶體石英熔體Na2O2SiO2結(jié)構(gòu)SiO4按共頂方式對(duì)稱有規(guī)律有序排列，遠(yuǎn)程有序基本結(jié)構(gòu)單元SiO4呈架狀結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程無序基本結(jié)構(gòu)單元Si6O1812-呈六節(jié)環(huán)或八節(jié)環(huán)，遠(yuǎn)程無序性質(zhì)固體無流動(dòng)性，熔點(diǎn)高，硬度大

41、，導(dǎo)電性差，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，化學(xué)穩(wěn)定性好有流動(dòng)性，大，電導(dǎo)率大，表面張力大有流動(dòng)性，較石英熔體小，電導(dǎo)率大，表面張力大4-7SiO2熔體的粘度在1000時(shí)為1014Pa·s，在1400時(shí)為107Pa·s。SiO2玻璃粘滯流動(dòng)的活化能是多少？上述數(shù)據(jù)為恒壓下取得，若在恒容下獲得，你認(rèn)為活化能會(huì)改變嗎？為什么？解：（1）根據(jù)公式：1000時(shí)，=1014Pa·s，T=1000+273=1273K,1000時(shí)，=107Pa·s，T=1400+273=1673K,聯(lián)立（1），（2）式解得：5.27×10-16Pa·s，=713.5kJ/mol（2）若

42、在在恒容下獲得，活化能不會(huì)改變。因?yàn)榛罨苁且后w質(zhì)點(diǎn)作直線運(yùn)動(dòng)所必需的能量。它與熔體組成和熔體SiO4聚合程度有關(guān)。4-8一種熔體在1300的粘度是310Pa·s，在800是107Pa·s，在1050時(shí)其粘度為多少？在此溫度下急冷能否形成玻璃？解：（1）根據(jù)1300時(shí)，=310Pa·s，由公式得：800時(shí)，=107Pa·s，由公式得：聯(lián)立（1），（2）式解得A=-7.2，B=15219.6當(dāng)t=1050時(shí)，解得=20130.5Pa·s。（2）在此溫度下，極冷能形成玻璃。4-9試用logAB/（TT0）方程式，繪出下列兩種熔體在1350500間的

43、粘度曲線（log1/T）。兩種熔體常數(shù)如下：序號(hào)ABT011.631422921921.7694690216解：根據(jù)公式：對(duì)于熔體1：當(dāng)t=500時(shí)，T=500+273=773K,0.0013,9.265當(dāng)t=700時(shí)，T=700+273=973K,0.0010,7.240當(dāng)t=900時(shí)，T=900+273=1173K,0.0008,6.064當(dāng)t=1100時(shí)，T=1100+273=1373K,0.0007,5.296當(dāng)t=1350時(shí)，T=1350+273=1623K,0.0006,4.643對(duì)于熔體2：當(dāng)t=500時(shí)，T=500+273=773K,0.0013,10.189當(dāng)t=700時(shí)，T

44、=700+273=973K,0.0010,7.964當(dāng)t=900時(shí)，T=900+273=1173K,0.0008,6.670當(dāng)t=1100時(shí)，T=1100+273=1373K,0.0007,5.823當(dāng)t=1350時(shí)，T=1350+273=1623K,0.0006,5.102熔體在1350500間的粘度曲線4-10派來克斯（Pyrex）玻璃的粘度在1400時(shí)是109Pa·s，在840是1013Pa·s。請(qǐng)回解：（1）粘性流動(dòng)活化能是多少？（2）為了易于成形，玻璃達(dá)到105Pa·s的粘度時(shí)約要多高的溫度？解：（1）根據(jù)公式：1400時(shí)，=109Pa·s，T

45、=1400+273=1673K,840時(shí)，=1013Pa·s，T=840+273=1113K,聯(lián)立（1），（2）式解得：11.22Pa·s，=254.62kJ/mol（2）當(dāng)=105Pa·s時(shí)，105=11.22解得t=3094.24-11一種玻璃的工作范圍是870（106Pa·s）至1300（102.5Pa·s），估計(jì)它的退火點(diǎn)（1012Pa·s）？解：根據(jù)公式：870時(shí)，=106Pa·s，T=870+273=1143K,1300時(shí)，=102.5Pa·s，T=1300+273=1573K,聯(lián)立（1），（2）式解得

46、：1.57×10-7Pa·s，=280.16kJ/mol當(dāng)=1012Pa·s時(shí)，1012=1.57×10-7解得t=505.154-12從以下兩種釉式中，你能否判斷兩者的熔融溫度、粘度、表面張力上的差別？說明理由。解：（1）粘度的差別對(duì)釉式1：Al3+按網(wǎng)絡(luò)形成離子，2.05對(duì)于釉式2：Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)改變離子即：釉式1Y1>釉式2Y2，所以在高溫下釉式1粘度>釉式2粘度。（2）釉式1熔融溫度>釉式2熔融溫度（3）表面張力的差別：釉式1表面張力<釉式2表面張力因?yàn)橛允?的O/Si小于釉式2的O/Si，同時(shí)釉式1加入了PbO和B2

47、O3,這些氧化物可以降低表面張力。4-13一種用于密封照明燈的硼硅酸鹽玻璃，它的退火點(diǎn)是544，軟化點(diǎn)是780。求：（1）這種玻璃粘性流動(dòng)的活化能；（2）它的工作范圍；（3）它的熔融范圍。解：（1）根據(jù)公式：退火點(diǎn)544，=1012Pa·s，T=544+273=817K,軟化點(diǎn)為780，=4.5×106Pa·s，T=780+273=1053K,聯(lián)立（1），（2）式解得：1.39×10-12Pa·s，=373.13kJ/mol（2）工作溫度范圍粘度一般為103107Pa.s根據(jù)公式：當(dāng)=103Pa·s時(shí)，T=1311.9K=1038.9

48、當(dāng)=107Pa·s時(shí)，T=1033.6K=760.6所以工作溫度范圍是：1038.9760.6（3）熔融范圍粘度一般是10100Pa.s當(dāng)=10Pa·s時(shí)，T=1516.0K=1243.0當(dāng)=100Pa·s時(shí)，T=1406.6K=1133.6所以熔融溫度范圍是1243.01133.64-14影響玻璃形成過程中的動(dòng)力學(xué)因素是什么？結(jié)晶化學(xué)因素是什么？試簡(jiǎn)要敘述之。解：影響玻璃形成的關(guān)鍵是熔體的冷卻速率，熔體是析晶還是形成玻璃與過冷度、粘度、成核速率、晶體生長(zhǎng)速率有關(guān)。玻璃形成的結(jié)晶化學(xué)因素有：復(fù)合陰離子團(tuán)大小與排列方式，鍵強(qiáng)，鍵型。4-15試計(jì)算下列玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)及

49、非橋氧分?jǐn)?shù)。（1）Na2O·SiO2；（2）Na2O·CaO·Al2O3·SiO2；（3）Na2O·1/3Al2O3·SiO2；（4）18Na2O·10CaO·72SiO2（wt）解：（1）Z=4，R=3/1=3，X=2R-Z=6-4=2，Y=8-2R=8-6=2（2）>1Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子Z=4，X=2R-Z=4.66-4=0.66，Y=4-0.66=3.34（3）>1Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子Z=4，X=2R-Z=4.8-4=0.8，Y=4-0.8=3.2（4）Na2OCaOSiO2wt%1

50、81072mol0.2900.1791.200mol%17.4%10.7%71.9%Z=4，X=2R-Z=0.78，Y=4-0.78=3.224-16有兩種玻璃其組成（mol）如下表，試計(jì)算玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并比較兩種玻璃的粘度在高溫下何者大？序號(hào)Na2OCaOA12O3SiO2B2O312010106002100206010解：1號(hào)：Z=4，Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子X1=2R-Z=0.5，Y1=4-0.5=3.52號(hào)：Z=4，Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)改變離子X2=2R-Z=1.5，Y2=4-1.5=2.5Y1>Y2高溫下1號(hào)玻璃的粘度大。4-17有兩種不同配比的玻璃其組成（wt）如下，試用玻

51、璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大小？序號(hào)Na2OA12O3SiO2181280212880解：序號(hào)Na2OA12O3SiO2wt%mol%wt%mol%wt%mol%188.16127.478084.3721212.0984.868083.05對(duì)于1：Z=4，Al2O3被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子X1=2R-Z=0.014，Y1=4-X=3.986對(duì)于2：Z=4，Al2O3被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子X2=2R-Z=0.16，Y2=4-X=3.84Y1>Y2，故1號(hào)在高溫下的粘度大。4-18有一種玻璃組成（wt）為Na2O14、CaO13、SiO273，其密度為2.5g/cm3。（1）計(jì)算該玻璃的原子堆

52、積系數(shù)（AFP）及結(jié)構(gòu)參數(shù)值？（2）若用純堿、石灰石和石英砂作原料，用1000kg石英砂熔制該玻璃，問其他兩種原料各需多少？解：（1）該玻璃的平均分子量GM=0.14×62+0.13×56+0.73×60.02=59.77在1Å3中原子數(shù)為n=2.5×10-24×6.02×1023/59.77=0.252個(gè)/Å3在1Å3原子所占體積V=0.0252×4/30.14×2×0.983+0.13×1.063+0.73×0.393+（0.14+0.13+0.73&

53、#215;2）×1.323=0.4685AFP=0.46結(jié)構(gòu)參數(shù)：Na2OCaOSiO2wt%141373mol0.230.231.22mol%13.713.772.6R=(13.7+13.7+72.6×2)/72.6=2.38Z=4X=2R-Z=2.38×2-4=0.76Y=Z-X=4-0.76=3.24（2）石英砂為1000kg，則需要純堿（Na2CO3）：需要石灰石（CaCO3）：4-19試簡(jiǎn)述哪些物質(zhì)可以形成非晶態(tài)固體（NCS）？形成（NCS）的手段有哪些？可以用什么實(shí)驗(yàn)方法研究NCS結(jié)構(gòu)？解：熔體和玻璃體可以形成非晶態(tài)固體。將熔體和玻璃體過冷可以得到非晶

54、態(tài)固體。4-20試簡(jiǎn)述淬火玻璃與退火玻璃在結(jié)構(gòu)與性能上有何差異？解：消除和均衡由溫度梯度產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的玻璃為退火玻璃，這類玻璃不易碎裂且切割方便。淬火處理是將制品加熱至接近其軟化溫度，使玻璃完全退火，然后進(jìn)行迅速冷卻(淬火處理)。因此產(chǎn)生均勻的內(nèi)應(yīng)力，從而使玻璃表面產(chǎn)生預(yù)加壓應(yīng)力，增加了抗彎、抗沖擊的抗扭曲變形的能力。4-21以下三種物質(zhì)，哪個(gè)最容易形成玻璃？哪個(gè)最不容易形成玻璃，為什么？（1）Na2O·2SiO2；（2）Na2O·SiO2；（3）NaCl解：（1）最容易形成玻璃，（3）最不容易形成玻璃。經(jīng)計(jì)算可知R1=2.5，R2=3，Y1=3，Y2=2Y1>Y2，

55、高溫下（1）粘度大，容易形成玻璃，NaCl不具備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為典型的離子晶體很難形成玻璃。4-22查閱下列系統(tǒng)的粘度和Tg/TM等有關(guān)數(shù)據(jù)，試判斷下列系統(tǒng)形成玻璃可能性的順序。（1）GeO2·SiO2，以100/s冷卻；（2）GeO2·SiO2氣相沉積在0SiO2基板上；（3）金屬金氣相沉積在0銅基板上；（4）A12O3氣相沉積在0A12O3基板上；（5）液態(tài)硫以1/s冷卻；（6）液態(tài)金以106/s冷卻；（7）氣態(tài)NaCl在0A12O3基板上冷卻；（8）液態(tài)ZnCl2以100/s冷卻。解：略。4-23若將10molNa2O加入到SiO2中去，計(jì)算OSi比例是多少？這樣一種配比

56、有形成玻璃趨向嗎？為什么？解：，這種配比有形成玻璃的趨向，因?yàn)榇藭r(shí)結(jié)構(gòu)維持三維架狀結(jié)構(gòu)，玻璃的粘度還較大，容易形成玻璃。4-24在100gSiO2中要加入多少CaO，才能使OSi達(dá)2.5？解：設(shè)要加入XgCaO，則：解得：X=46.674-25若將50molNa2O加入到SiO2中，計(jì)算OSi比例是多少？這種配比能形成玻璃嗎？為什么？解：，可以形成玻璃。當(dāng)加入50mol%Na2O時(shí)，連續(xù)網(wǎng)狀SiO2骨架雖然松弛化，但依然是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以形成玻璃。4-26在SiO2中加入20B2O3，試計(jì)算熔體的OSi比例是多少？解：1.864-27在SiO2中應(yīng)加入多少Na2O，使玻璃的O/Si2.5，此時(shí)析晶能力是增強(qiáng)還是削弱？解：設(shè)加入xmol的Na2O，而SiO2的量為ymol。則O/Si=（x+2y）/y=2.5x=y/2即二者的物質(zhì)量比為1:2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。4-28個(gè)別網(wǎng)絡(luò)改變體（如Na2O）加到石英玻