第一章晶體結(jié)構(gòu)

1、第一章P4問(wèn)題 對(duì)14種布拉菲點(diǎn)陣中的體心立方，說(shuō)明其中每一個(gè)陣點(diǎn)周?chē)h(huán)境完全相同答：?jiǎn)慰匆粋€(gè)結(jié)晶學(xué)單胞可知，各個(gè)頂點(diǎn)上的陣點(diǎn)等價(jià)，周?chē)h(huán)境相同。將單個(gè)結(jié)晶學(xué)單胞做周期性平移后可知，該結(jié)晶學(xué)單胞中的體心陣點(diǎn)亦可作為其他結(jié)晶學(xué)原胞的頂點(diǎn)陣點(diǎn)，即體心陣點(diǎn)與頂點(diǎn)陣點(diǎn)也等價(jià)，周?chē)h(huán)境也相同。綜上所述，體心立方中每一個(gè)陣點(diǎn)周?chē)h(huán)境完全相同。問(wèn)題 在二維布拉菲點(diǎn)陣中，具體說(shuō)明正方點(diǎn)陣的對(duì)稱(chēng)性高于長(zhǎng)方點(diǎn)陣。答：對(duì)稱(chēng)軸作為一種對(duì)稱(chēng)要素，是評(píng)判對(duì)稱(chēng)性高低的一種依據(jù)。正方點(diǎn)陣有4條對(duì)稱(chēng)軸而長(zhǎng)方點(diǎn)陣只有兩條對(duì)稱(chēng)軸，故正方點(diǎn)陣的對(duì)稱(chēng)性高于長(zhǎng)方點(diǎn)陣。P9問(wèn)題 晶向族與晶面族概念中，都有一個(gè)“族”字。請(qǐng)舉一個(gè)與族有關(guān)的其

2、他例子，看看其與晶向族、晶面族有無(wú)相似性？答：“上班族”、“追星族”它們與晶向族、晶面族的相似性在于同一族的事物都有某一相同的性質(zhì)。問(wèn)題 幾年前一個(gè)同學(xué)問(wèn)了這樣的問(wèn)題：晶面該怎么畫(huà)？你如何看待他的問(wèn)題？應(yīng)該指出，這位同學(xué)一定是動(dòng)了腦筋的！結(jié)論是注重概念答：晶面無(wú)意義、不存在。晶向是晶面的法向量，相同指數(shù)的晶面與晶向是一一對(duì)應(yīng)的。在晶體中原子排布規(guī)則中，各陣點(diǎn)是以點(diǎn)陣常數(shù)為單位長(zhǎng)度構(gòu)成的離散空間，陣點(diǎn)坐標(biāo)值均為整數(shù)，晶向指數(shù)也應(yīng)為整數(shù)，因此晶面指數(shù)應(yīng)為整數(shù)時(shí)晶面才有意義。（晶體學(xué)內(nèi)的面與數(shù)學(xué)意義下的面有區(qū)別，只有指數(shù)為整數(shù)的低指數(shù)面才有意義。）問(wèn)題 說(shuō)明面心立方中(111)面間距最大，而體心立方

3、中(110)面間距最大。隱含了方法答：面心立方中有晶面族100、110、111，它們的面間距分別為 因此面心立方中111面間距最大。 體心立方中有晶面族100、110、111，其面間距分別為 因此體心立方中110面間距最大。(密排面的晶面間距最大)P12問(wèn)題 銅的密度為8.9，鋁為2.7(8.9/2.7=3.3)，但兩者的原子量之比為63.5/27=2.35。請(qǐng)問(wèn)兩個(gè)比值不同說(shuō)明了什么？提示：銅和鋁都是面心立方結(jié)構(gòu)。答：銅和鋁均為面心立方結(jié)構(gòu)，原子分布狀態(tài)相同而銅的單位體積的質(zhì)量集度為鋁的3.3倍，而單個(gè)銅原子的質(zhì)量約為鋁原子的2.35倍，可見(jiàn)單位體積內(nèi)銅原子比鋁原子多，即銅的點(diǎn)陣常數(shù)比鋁小，

4、也即銅原子半徑比鋁小。問(wèn)題 如果將金剛石中每一個(gè)原子抽象成一個(gè)點(diǎn)，說(shuō)明這些點(diǎn)并不滿(mǎn)足陣點(diǎn)要求，即不是每一個(gè)點(diǎn)的周?chē)h(huán)境都完全相同。答：從A原子沿體對(duì)角線AC看去，在距A原子處有一原子B。從B 原子沿體對(duì)角線看去，在距B原子處即體心處沒(méi)有原子，因此，原子A與原子B 所處的環(huán)境不同，金剛石中原子抽象成的點(diǎn)不滿(mǎn)足陣點(diǎn)要求。問(wèn)題 指出面心立方晶體中，原子半徑的確定思路。這一思路適用于體心立方與簡(jiǎn)單立方晶體嗎？提示：要求的是思路，而不是晶體操作方法。答：思路：（1）通過(guò)晶體密度求算公式求出點(diǎn)陣常數(shù)a； （2）通過(guò)幾何關(guān)系確定點(diǎn)陣常數(shù)a和原子半徑之間的關(guān)系，面心立方中 這一思路同樣適用于體心立方和簡(jiǎn)單 立

5、方晶體。問(wèn)題 周期表中，C、Si、Sn、Pb同在一族，它們的最外層都是s2p2結(jié)構(gòu)。為什么C、Si是典型的共價(jià)鍵晶體，而Sn、Pb是金屬晶體？答:從束縛程度的角度回答C、Si原子半徑較小，原子核對(duì)價(jià)電子緊束縛而形成較強(qiáng)的共價(jià)鍵，而Sn與Pb的原子半徑較大，原子核對(duì)價(jià)電子周期性的作用可看作微擾，此時(shí)價(jià)電子不再僅圍繞原來(lái)的原子核運(yùn)動(dòng)而在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)形成公有化電子，從而形成金屬鍵。從電子云角度回答：C、Si沒(méi)有d電子，2s軌道上一個(gè)電子易激發(fā)到p軌道形成雜化軌道，軌道雜化后電子云更密集地分布在四面體頂角方向且成鍵數(shù)增多，因此成鍵時(shí)電子云重疊程度大形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵；Sn、Pb中的d電子云伸展較遠(yuǎn)，其

6、取向較多且成鍵能力強(qiáng)，使得離子實(shí)排列緊密，對(duì)價(jià)電子的屏蔽效應(yīng)較大，束縛作用較小，因此價(jià)電子易從原子脫落而成為共有化的自由電子。問(wèn)題 周期表中，Cu、Ag、Au的外層電子結(jié)構(gòu)相似，都是d10s1；它們的熔點(diǎn)接近，分別為1083、961和1063；結(jié)構(gòu)相同，都是面心立方。請(qǐng)問(wèn)這么多的相似性主要取決于s電子還是d電子？為什么？答：d電子。d電子云伸展較遠(yuǎn)，其取向較多且成鍵能力強(qiáng)，因此原子相互接近時(shí)d軌道電子云重疊程度相對(duì)于s軌道更大，電子云重疊程度大小影響結(jié)合能，從而影響熔點(diǎn)。問(wèn)題 Cu、Au的熔化熱幾乎相等，但彈性模量，它們相差較大。請(qǐng)問(wèn)為什么？提示：先通過(guò)密度計(jì)算出原子半徑，Cu為8.96，Au

7、為19.3。答:體彈性模量公式,在一維情況下，在幾何上可用勢(shì)函數(shù)曲線在處附近的陡峭程度來(lái)表示，代表原子半徑大小的a越小，結(jié)合能大小的b越大，則勢(shì)函數(shù)曲線越陡，也即彈性模量越大。金屬熔化熱大小與結(jié)合能正相關(guān)，Cu、Au的熔化熱幾乎相等，故b大小相等，而，因此，。P16問(wèn)題 為什么共價(jià)鍵的金剛石致密度很低，而金屬鍵的Cu等致密度很高？請(qǐng)從結(jié)合鍵的特點(diǎn)給予分析。答：共價(jià)鍵有方向性，只能與特定方向上來(lái)的原子相結(jié)合，成鍵數(shù)目有限，因此以共價(jià)鍵相結(jié)合的金剛石晶體排列不太緊密，致密度低；而金屬鍵能與任何方向上來(lái)的原子相結(jié)合，又離子實(shí)排列越緊密，能量越低，體系越穩(wěn)定，因此金屬鍵的Cu晶體致密度高。問(wèn)題 從密排

8、面的堆朵順序概念出發(fā)，說(shuō)明fcc與hcp的致密度相同。答：fcc密排面（111）原子排布方式與hcp密排面（0001）原子排布方式都是每個(gè)球周?chē)c6個(gè)球相切，fcc三維結(jié)構(gòu)的獲得采用ABAB的堆垛順序，而hcp三維結(jié)構(gòu)的獲得采用ABCABC的堆垛順序,由于fcc和hcp均由二維密排原子面層層堆垛而成，僅是堆垛方式不同，故其致密度一致問(wèn)題 面心立方的(111)是排列最致密的晶面，而面心立方的(110)就沒(méi)有那么致密了。按著這個(gè)思路去設(shè)想面心立方的(9 26 17)晶面，對(duì)它上面的原子排列情況做一下猜測(cè)。說(shuō)明：這個(gè)習(xí)題是想告訴大家，高指數(shù)面沒(méi)有意義，真正有意義的是低指數(shù)面。答：由 ， ，>可

9、知，晶面間距越大，則晶面上原子排布越多，排列越緊密，對(duì)于晶面（9 26 17）， ，而由原子半徑與晶格常數(shù)a的幾何關(guān)系可知 ,可見(jiàn)晶面（9 26 17）沒(méi)有原子排列，該晶面沒(méi)有意義。問(wèn)題 分別求金剛石(100)面與(111)面的堆垛順序。答：金剛石（100）面的堆垛順序?yàn)锳BCDABCD. 金剛石（111）面的堆垛順序?yàn)锳A'BB'CC'.（金剛石的結(jié)構(gòu)可由兩套面心立方結(jié)構(gòu)沿111拉開(kāi)1/4對(duì)角線長(zhǎng)度獲得） P20問(wèn)題 據(jù)計(jì)算，組成氫原子的正負(fù)電荷從無(wú)限遠(yuǎn)移到距離為0.53nm時(shí)，能量釋放為27.2eV，這比氫原子基態(tài)能量的-13.6eV“小”很多。請(qǐng)解釋這個(gè)差異。答：

10、組成氫原子的正負(fù)電荷從無(wú)限遠(yuǎn)處移到距離為0.053nm所釋放的能量為結(jié)合能的體現(xiàn)，此時(shí)的氫原子中正負(fù)電荷是不考慮其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的；而實(shí)際基態(tài)氫原子中負(fù)電荷是繞正電荷運(yùn)動(dòng)的，此時(shí)電子多了份動(dòng)能。可見(jiàn)，以結(jié)合能形式釋放出的能量在實(shí)際中以電子動(dòng)能的形式保留了一部分。 P25問(wèn)題 當(dāng)勢(shì)函數(shù)為“42”而不是“126”時(shí)，對(duì)簡(jiǎn)單立方晶體結(jié)合能計(jì)算有什么影響？勢(shì)函數(shù)可能是“24”嗎？“42” 勢(shì)函數(shù)“612” 勢(shì)函數(shù)答：（1）結(jié)合能絕對(duì)值偏小?！?2” 勢(shì)函數(shù)曲線在后較為平緩，收斂較慢，即次近鄰及之后的原子與中心原子之間的作用力還較強(qiáng)，它們之間的結(jié)合能對(duì)晶體結(jié)合能的貢獻(xiàn)較大。因此采用最近鄰假設(shè)忽略這一部份能量時(shí)

11、，計(jì)算所得的晶體結(jié)合能絕對(duì)值偏小，誤差很大。(2)不可能。若，從勢(shì)函數(shù)可見(jiàn)，原子間距較小時(shí)方括號(hào)的第二項(xiàng)起主要 作用，此時(shí)<0，原子間相互吸引，這與原子間距很小時(shí)相互排斥的實(shí)際情況相矛盾。問(wèn)題 與“126”勢(shì)函數(shù)相比，“189”勢(shì)函數(shù)更適合最近鄰假設(shè)嗎？為什么？答：是。“189”勢(shì)函數(shù)比“126”勢(shì)函數(shù)收斂得更快，即次近鄰原子與中心原子的結(jié)合能很小。在最近鄰假設(shè)的前提下，與最近鄰原子的結(jié)合能更接近總結(jié)和能，因此計(jì)算所得的晶體結(jié)合能更加精確。問(wèn)題 對(duì)金剛石晶體，能否用本節(jié)的思路計(jì)算晶體的結(jié)合能？為什么？答：不能。金剛石晶體以共價(jià)鍵結(jié)合且共價(jià)鍵具有方向性，而本節(jié)計(jì)算結(jié)合能時(shí)不考慮原子從哪個(gè)方

12、向結(jié)合。問(wèn)題 氦是惰性氣體，當(dāng)氦結(jié)合成晶體時(shí)，可以用本節(jié)的思路計(jì)算結(jié)合能。為什么？答：可以。氦原子靠分子鍵結(jié)合成晶體，分子鍵無(wú)方向性和飽和性且氦原子電子云是球?qū)ΨQ(chēng)的，因此氦原子可以從任意方向與其他原子結(jié)合；氦原子是兩電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，電子云重疊程度很小，與此近鄰原子電子云幾乎沒(méi)有重疊，因此不用計(jì)算次近鄰原子對(duì)結(jié)合能的影響，滿(mǎn)足最近鄰假設(shè)。問(wèn)題 面心立方晶體計(jì)算到最近鄰時(shí)，總結(jié)合能的69已經(jīng)被計(jì)算到了。問(wèn)體心立方計(jì)算到最近鄰時(shí)，計(jì)算的結(jié)合能占總結(jié)合能的比例大于還是小于69？計(jì)算到次近鄰呢？答：略。問(wèn)題 共價(jià)鍵為什么有飽和性？答：由共價(jià)鍵的定義“由自旋相反的兩未配對(duì)電子形成”可知，共價(jià)鍵是由自旋相反電

13、子形成，而由泡利不相容原理得，該鍵中僅能容納兩個(gè)電子。 由共價(jià)鍵形成的系統(tǒng)已達(dá)穩(wěn)定，能量最低，已配對(duì)的電子再無(wú)能量與第三個(gè)電子結(jié)合成鍵。P28問(wèn)題 固溶體與你見(jiàn)過(guò)的什么東西相似？請(qǐng)舉例說(shuō)明。答：溶液。溶液除了不是晶體，它滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)不變，且在原子尺度上隨機(jī)混合。問(wèn)題 為什么“A、B原子的半徑差越大，形成的置換固溶體溶解度越小”？請(qǐng)用應(yīng)變能、自由能、穩(wěn)定性等概念解釋。答：由吉布斯自由能知，當(dāng)A、B原子的半徑差越大，則產(chǎn)生的應(yīng)變能越大，使得內(nèi)能增加。而對(duì)于熵，雖然在溶質(zhì)原子剛開(kāi)始溶入的時(shí)候增加的很快，但當(dāng)趨于溶解飽和時(shí)它的變化很小，此時(shí)主要考慮內(nèi)能的作用。 的增大使 增大，不利于溶解的自發(fā)進(jìn)行；另一方

14、面，A、B原子尺寸差異越大，使固溶體偏離標(biāo)準(zhǔn)態(tài)越大，則體系穩(wěn)定性變差，這也使固溶體的溶解度變小。問(wèn)題 A、B原子的電負(fù)性差別大會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果？請(qǐng)用例子說(shuō)明。提示，參考物理化學(xué)教材的圖59與510，從電負(fù)性角度考察其中的Mg2Ge與Na2K。答：當(dāng)A、B電負(fù)性差別大時(shí)，一個(gè)吸引電子的能力強(qiáng)，一個(gè)失去電子的能力強(qiáng)，則A、B會(huì)形成化合物，從而破壞晶體結(jié)構(gòu)，不會(huì)相互溶解形成固溶體。在電負(fù)性差別大的情況中，更大一點(diǎn)的會(huì)形成穩(wěn)定化合物，如 Mg2Ge ，稍小一點(diǎn)的會(huì)形成不穩(wěn)定化合物，如 Na2K 。問(wèn)題 置換固溶體的真正獲得，往往與“置換”無(wú)關(guān)。例如，如果要配制30kg銅和70kg鎳的CuNi合金，可以將

15、純的銅錠與鎳錠按需要稱(chēng)量，放入坩鍋中加熱到鎳熔化(此時(shí)銅必然熔化，因?yàn)殂~的熔點(diǎn)低于鎳)。將熔化了的銅鎳液體緩慢冷卻，就能得到CuNi固溶體。請(qǐng)從熵的角度分析為什么要熔化？答：加熱熔化時(shí)溫度很高，熵的作用很強(qiáng)，混亂度很大，有利于原子間的相互溶解，從而易于得到固溶體。P31問(wèn)題 最近鄰假設(shè)與相互作用參數(shù)有什么關(guān)系？答:相互作用參數(shù)是在最近鄰假設(shè)基礎(chǔ)上定義的。它僅僅考慮了原子與其最近鄰原子的成鍵及結(jié)合能情況。問(wèn)題 用一句話描述引入相互作用參數(shù)的目的。(只能是一句文字表述的話，而不能寫(xiě)個(gè)公式了事。這個(gè)問(wèn)題就是2005級(jí)的一道期末考試題，只寫(xiě)公式的都沒(méi)有給分) 答：用參數(shù)更加直觀的表征鍵的類(lèi)型變化從而引

16、起的微觀原子分布狀態(tài)和結(jié)合能變化。問(wèn)題 根據(jù)你對(duì)相互作用參數(shù)的理解，試著判斷圖45中的Cu與Ni相互作用參數(shù)的符號(hào)與大小，同時(shí)判斷圖47中的Pb與Sn相互作用參數(shù)的符號(hào)與大小，并解釋給出判斷的原因。答：Cu和Ni在低溫下可形成連續(xù)固溶體?？梢?jiàn)它們之間的排斥并不強(qiáng)烈，兩者比較親和。此時(shí)，相互作用參數(shù)=0或0。而Pb與Sn不能形成連續(xù)固溶體，兩者之間的排斥力較大，成鍵時(shí)結(jié)合能較大。所以相互作用參數(shù)遠(yuǎn)大于零。問(wèn)題 1.在圖1-18b中，什么溫度下同類(lèi)原子會(huì)完全聚集在一起？2.假定圖1-18b對(duì)應(yīng)溫度，問(wèn)溫度時(shí)原子組態(tài)有什么變化？()答：1、絕對(duì)零度。 此時(shí)熵不起任何作用，原子聚集完全由內(nèi)能決定。圖1

17、-18b原子偏聚分布，形成A-B鍵會(huì)使結(jié)合能增大，因此同類(lèi)原子會(huì)完全聚集在一起從而降低體系能量。 升溫時(shí)，熵的作用增大，體系混亂度增大，即異類(lèi)原子趨于聚集。（是否還可說(shuō)是熵和能的抗衡過(guò)程，即熵增大，內(nèi)能也要增大，故形成更多的A-B鍵）問(wèn)題 無(wú)序與有序的含義在圖118(a)、(c)中已經(jīng)充分展示，而宏觀與微觀的含義也在下面的“致學(xué)生”中交代過(guò)了。1.能否說(shuō)：宏觀有序則微觀一定有序？反過(guò)來(lái)呢？請(qǐng)分別給予說(shuō)明；2.能否說(shuō)：宏觀無(wú)序則微觀一定無(wú)序？反過(guò)來(lái)呢？也請(qǐng)分別給予說(shuō)明。答：1、宏觀有序一定微觀有序，但微觀有序不一定宏觀有序。 2、宏觀無(wú)序微觀不一定無(wú)序，微觀無(wú)序則宏觀一定無(wú)序。如取樣點(diǎn)1微觀和取

18、樣點(diǎn)2微觀排列有序，但兩者的排列方式不同，則宏觀無(wú)序。問(wèn)題 假定，此時(shí)若考慮到A、B原子的半徑總是不同的，即固溶體會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變能，問(wèn)圖118a的微觀形態(tài)會(huì)變化成什么樣子？為什么？答：會(huì)出現(xiàn)同類(lèi)原子的偏聚現(xiàn)象。相互作用參數(shù)為零時(shí)，形成A-B鍵不影響結(jié)合能。兩種原子的半徑不一樣會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變能使內(nèi)能增大。a圖隨機(jī)混合時(shí)，到處都有應(yīng)變，為了減少應(yīng)變能使體系穩(wěn)定，則應(yīng)是所有同類(lèi)原子在一起。考慮到熵的作用，則圖118a的微觀形態(tài)b圖變化。P37問(wèn)題 既然教材中介紹了時(shí)的有序化現(xiàn)象及影響因素，同學(xué)們就應(yīng)該去設(shè)想會(huì)發(fā)生什么，的可比過(guò)程應(yīng)該叫什么？有幾個(gè)影響因素(還是4個(gè)嗎)？這些影響因素與時(shí)有什么差異(如冷卻速度

19、上有無(wú)差異)？答：偏聚化現(xiàn)象。其影響因素有三個(gè)：相互作用參數(shù)大于零是前提，A-B鍵數(shù)的減少會(huì)降低內(nèi)能，因此相同原子聚集到一起。溫度小于某一數(shù)值，降低熵的作用，內(nèi)能其主導(dǎo)作用。冷卻速度。冷卻速度過(guò)快不利于偏聚化進(jìn)行。>0時(shí)的冷卻速度要比<0更加慢一些，因?yàn)槠蹠r(shí)原子遷移的距離要比有序化原子遷移距離大很多，需要時(shí)間。問(wèn)題 間隙固溶體的溶解度與應(yīng)變能有什么關(guān)系？應(yīng)變能是影響溶解度的主要因素嗎？答：間隙固溶體的溶解度會(huì)隨著應(yīng)變能的增加而減小。 晶格間隙中外來(lái)原子的融入會(huì)造成晶格的畸變，產(chǎn)生很大的應(yīng)變能。由G=U-TS知，低溫時(shí)應(yīng)變能是影響溶解度的主要因素。但高溫時(shí)，熵的作用顯著增加，也要影

20、響溶解度。問(wèn)題 碳溶入bcc結(jié)構(gòu)的時(shí)，并不是進(jìn)入四面體間隙，而是進(jìn)入八面體間隙，請(qǐng)給予解釋。注意：bcc結(jié)構(gòu)四面體間隙的，而八面體間隙的。也就是說(shuō)，看起來(lái)八面體間隙小，但碳原子反而往尺寸小的間隙里跑，為什么？答：為體心立方晶體，盡管在100方向上八面體間隙比四面體間隙的尺寸小，但它在110方向上卻比四面體間隙大得多，因此當(dāng)碳原子擠入時(shí)，只要推開(kāi)Z軸上下兩個(gè)鐵原子即可，這比擠入四面體間隙要同時(shí)推開(kāi)四個(gè)鐵原子較為容易。問(wèn)題 若Ge是溶劑，N是溶質(zhì)，它們形成間隙固溶體。而Ge與Si形成連續(xù)固溶體。問(wèn)以Si為溶劑，N為溶質(zhì)，能夠形成什么類(lèi)型的固溶體？為什么？答：形成間隙固溶體。Ge-Si可形成連續(xù)固溶

21、體，由“相似相溶”原理可知Ge和Si性質(zhì)相似；因此當(dāng)Ge-N形成間隙固溶體，Si與N也形成間隙固溶體。P39問(wèn)題 圖425中的中間相是電子化合物典型狀況。1.相中Sn的最大濃度為15(重量)，請(qǐng)計(jì)算相中的最大電子濃度(Cu、Sn的原子量為別為63.5與118.7，Cu為1價(jià)，Sn為3價(jià))。答案：1.38；2.既然、等稱(chēng)為電子化合物，問(wèn)相能否理解為“由電子濃度決定的固溶體”？答：可以。相的存在也與電子濃度有關(guān)。問(wèn)題 1.計(jì)算Cu5Si的電子濃度；2. Cu5Si中的Si的最外層電子以什么方式鍵合，金屬鍵、共價(jià)鍵還是離子鍵？為什么？答: 1、 e/a=1.52、金屬鍵。Cu5Si的電子濃度為1.5

22、，也即平均每個(gè)原子提供了1.5個(gè)自由電子，銅原子只能貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子，因此每個(gè)硅原子的4個(gè)外層電子也是自由電子，因此硅以金屬鍵鍵合.(Si一定不可能以共價(jià)鍵結(jié)合，因?yàn)镾i原子形成SP3雜化軌道，最多只能與4個(gè)Cu原子結(jié)合。如何說(shuō)明不是離子鍵)問(wèn)題 總體上講，金屬間化合物的熔點(diǎn)高于固溶體。請(qǐng)根據(jù)兩類(lèi)材料結(jié)合鍵的不同，分析熔點(diǎn)差異的原因。答：固溶體以金屬鍵結(jié)合，金屬間化合物主要有金屬鍵，其中也有一部分離子鍵和共價(jià)鍵。熔點(diǎn)的高低與結(jié)合鍵能有關(guān)，且鍵能大小關(guān)系一般為：共價(jià)鍵>離子鍵>金屬鍵,因此金屬間化合物的熔點(diǎn)高于固溶體。P41問(wèn)題 VC中釩與碳之間必然相互結(jié)合。問(wèn)它們的結(jié)合鍵主要屬于什

23、么類(lèi)型？金屬鍵、離子鍵還是共價(jià)鍵？提示：從幾何上看，每個(gè)C周?chē)?個(gè)V。答:金屬鍵。從幾何上看，每個(gè)C周?chē)?個(gè)V，可見(jiàn)V、C的最外層電子均為自由電子，按金屬鍵理解。問(wèn)題 在Fe3C中，碳原子有沒(méi)有形成sp雜化軌道的可能性？提示：Fe3C中每個(gè)C原子周?chē)?個(gè)Fe原子。答：不可能。若碳原子形成雜化軌道，最多與4個(gè)鐵原子以共價(jià)鍵結(jié)合，無(wú)法使得Fe3C中每個(gè)C原子周?chē)?個(gè)Fe原子。P43問(wèn)題 圖426和427中，有無(wú)“以中間相為基的固溶體”？答：有。426中的“莫來(lái)石”和427中的“立方ZrO2”問(wèn)題 圖416中的Fe3C是中間相嗎？它是“以中間相為基的固溶體”嗎？答：1、是。圖416只是局部的

24、相圖，F(xiàn)e3C在相圖中呈一條直線且分布在相圖的的中間，因此是中間相。 2、不是。因?yàn)镕e3C中不能再溶入C或Fe原子，F(xiàn)e3C呈一條直線，原子比例已經(jīng)確定，多出C或Fe原子會(huì)立即進(jìn)入兩相區(qū)。P47問(wèn)題 MgO、SrO、BaO都具有NaCl結(jié)構(gòu)，為什么它們的熔點(diǎn)依次降低？請(qǐng)結(jié)合周期表用電子云概念給予分析。答：MgO、SrO、BaO都既含有離子鍵又含共價(jià)鍵。Mg2+、Sr2+、Ba2+、O2-均為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，外層電子云形狀為球形，正負(fù)離子相互吸引接近時(shí)，電子云發(fā)生重疊，有共價(jià)鍵成分。熔點(diǎn)的依次降低由共價(jià)鍵引起，Mg2+、Sr2+、Ba2+半徑依次增大，而半徑越大，外層電子密度越小，重疊效率依次

25、降低，因此熔點(diǎn)依次降低。問(wèn)題 氦原子如果排列在平面上，一定是六方型的。對(duì)于NaCl而言，Na+離子或Cl-離子都具有8電子結(jié)構(gòu)，因此也都可以看成球狀，這與氦原子的8電子結(jié)構(gòu)很相似了。相關(guān)的問(wèn)題是，假如NaCl排列在平面上，它還會(huì)呈現(xiàn)六方型嗎？還是正方型？請(qǐng)簡(jiǎn)要分析。答：正方形。鈉離子與氯離子的配位數(shù)相同而半徑不同，若一個(gè)鈉離子的周?chē)帕辛?個(gè)氯原子，無(wú)法使得氯原子的周?chē)帕?個(gè)鈉原子，因此只能呈正方形。問(wèn)題 為什么共價(jià)鍵只能在電負(fù)性較大的元素間形成，即在周期表的右上區(qū)域？答:電負(fù)性較大的元素原子半徑較小且吸引電子得能力較強(qiáng)，因此當(dāng)原子相互接近時(shí)電子云重疊程度較大，從而能形成共價(jià)鍵。問(wèn)題 為什么

26、大部分共價(jià)鍵材料密度低，離子鍵材料密度中等，而金屬鍵材料密度高？答：致密度角度。共價(jià)鍵有方向性，共價(jià)鍵材料致密度低；金屬鍵要求原子實(shí)排列盡量緊湊，從而使能量最低，因此金屬鍵材料致密度高；離子鍵材料介于兩者之間。原子序數(shù)角度，原子序數(shù)越小越輕。原子序數(shù)大小：共價(jià)鍵材料<離子鍵材料<金屬鍵材料.P51問(wèn)題 講義中說(shuō)：“為了降低能量，正、負(fù)離子會(huì)盡可能密排，即一個(gè)正離子周?chē)斜M可能多的負(fù)離子”，為什么？答:離子鍵與金屬鍵類(lèi)似，無(wú)方向性和飽和性。正負(fù)離子盡可能的密排，是使其電子云以最大限度地重疊同時(shí)形成盡可能多的離子鍵，從而降低體系能量，使系統(tǒng)更為穩(wěn)定。(由物理基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)中可知，正負(fù)離子

27、離得越遠(yuǎn)，能量越高，因此，應(yīng)使它們盡可能密排。)問(wèn)題 1.離子晶體中的配位多面體，可以類(lèi)比于金屬晶體中的什么？為什么可以這樣類(lèi)比？2.對(duì)于離子晶體，熔融狀態(tài)下是否還有配位多面體概念？請(qǐng)給予分析？答：1、可類(lèi)比于金屬晶體中的原子，因?yàn)樗鼈兌际墙M成晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。 2、仍有配位多面體。因?yàn)榕湮欢嗝骟w內(nèi)原子結(jié)合能力很強(qiáng)，它作為一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元，在熔融時(shí)不會(huì)被破壞，破壞的是它們之間的結(jié)合鍵。問(wèn)題 既然有純離子鍵與純共價(jià)鍵，是不是有介于它們中間的混合鍵？請(qǐng)舉例說(shuō)明之。提示：白硅石SiO2中的鍵是什么類(lèi)型？SiC呢？答：有，如既含離子鍵又含共價(jià)鍵。 如典型的離子晶體NaCl，由于實(shí)際的正負(fù)離子并非理想

28、點(diǎn)電荷，當(dāng)兩個(gè)離子相互靠近時(shí)，其電子云會(huì)發(fā)生重疊，從而具有一定成分的共價(jià)鍵。 如典型的共價(jià)晶體SiO2和SiC，由于晶體中含有電負(fù)性不同的原子，因此會(huì)造成共用電子對(duì)的偏移，從而具有一定成分的離子鍵。綜上所述，離子鍵中一定會(huì)有共價(jià)鍵的成分，不存在純離子鍵；在同類(lèi)原子之間可存在純共價(jià)鍵，如金剛石，硅等，而不同原子之間形成的共價(jià)鍵之間一定會(huì)有離子的成分。問(wèn)題 金剛石的熔點(diǎn)為3550，而同結(jié)構(gòu)的Si的熔點(diǎn)只有1412，請(qǐng)簡(jiǎn)要分析熔點(diǎn)存在差異的原因。同時(shí)，請(qǐng)判斷SiC的熔點(diǎn)，SiC的結(jié)構(gòu)與金剛石一致。答：1、金剛石與硅都是以純共價(jià)鍵結(jié)合成的晶體，由于硅的原子半徑比碳原子大，故其外側(cè)的電子云密度小，原子相互接近形成共價(jià)鍵時(shí)，硅的電子云重疊程度沒(méi)有碳原子高，碳原子之間的結(jié)合能大于硅原子，因此金剛石熔點(diǎn)要比同結(jié)構(gòu)的硅高。2、SiC的熔點(diǎn)應(yīng)介于金剛石與Si之間。問(wèn)題 為什么SiO2的熔點(diǎn)(1710)比SiF4(-77)高得多？提示：SiF4晶體的結(jié)合鍵與