材料科學(xué)基礎(chǔ)(武漢理工大學(xué),張聯(lián)盟版)課后習(xí)題及答案

1、第二章答案(答: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)-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)。12.2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:l,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2TD,(111)與,)與111,()與236,(257)與,(123)與,(102),(),),110,nr答：定性：對稱軸、對稱中心、晶系、點(diǎn)陣。定量：晶胞參數(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

2、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

3、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)(龍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)、堆積系數(shù)。答：面心：原子數(shù)4,配位數(shù)6,答：面心：原子數(shù)

4、4,配位數(shù)6,堆積密度.434弱一加APC=4斥=、=74.05%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2

5、5.9。答：設(shè)球半徑為a,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=174.1%=25.9%。2-12金屬鎂原子作六方密堆積，測得它的密度為1.74g/cm3,求它的晶胞體積。答：設(shè)晶胞的體積為V,相對原子質(zhì)量為M,則晶胞體積6x246.023xl0336x246.023xl033xl.74=1.37xl0-22nm32-13根據(jù)半徑比關(guān)系，說明下列離子與02-配位時(shí)的配位數(shù)各是多少？已知rQ2-=0.132nm,r4+=0.039nm,r+=0.131nm,r3+=0.057nm,r2+=0.

6、078nm。SiKAlMg答：對于Si4+、K+、Al3+、Mg2+來說，其匸依次是0.295、0.99、0.43、0.59；依據(jù)正離子配位數(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、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

7、效離子半徑可通過晶體結(jié)構(gòu)測定算出。在下面NaCl型結(jié)構(gòu)晶體中，測得MgS和MnS的晶胞參數(shù)均為a=0.520nm(在這兩種結(jié)構(gòu)中，陰離子是相互接觸的)。若CaS(a=0.567nm)、CaO(a=0.480nm)和MgO(a=0.420nm)為一般陽離子一陰離子接觸，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，ArS2-=0.177nm；CaS中a=0.567nm，陰一陽離子相互接觸，a=2(r+r),.r=0.107nm；CaO中a=0.408nm,a=2(r+r)，TOC o 1-5 h z+-Ca2+-.*.r=0.097nm；MgO中a=0.420nm，

8、a=2(r+r)，.r=0.113nm。02-+-Mg2+2-16氟化鋰(LiF)為NaCl型結(jié)構(gòu)，測得其密度為2.6g/cma，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)算得到數(shù)值進(jìn)行比較。答：設(shè)晶胞的體積為V,相對原子質(zhì)量為M,對于NaCl型結(jié)構(gòu)來說，其n=4,=6.64xlQ-23nm3”nM4x26=6.64xlQ-23nm3F=瑩則晶胞體積%卩6023x10 x26則晶胞參數(shù):根據(jù)離子半徑計(jì)算：a=2(r+r)=4.14nm.%a+-2-17Li20的結(jié)構(gòu)是02-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

9、所能容納的最大陽離子半徑，并與書末附表Li+半徑比較，說明此時(shí)02-能否互相接觸;根據(jù)離子半徑數(shù)據(jù)求晶胞參數(shù)；(3)求Li20的密度。解：根據(jù)上圖G0=F0=r，AB=BC=AC=AD=BD=CD=3_max由幾何關(guān)系知：GOGO比Li+的離子半徑r=0.078nm小，所以此時(shí)02-不能互相接觸。Li+?4?4直=-晶胞參數(shù)=0.373nm?4?4?4?4P=Llm=&02幻尸2說29.S794=3.S2g/cm37(0.373X10-7g/cm3Li2O的密度丿2-18Mg0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1/+不同，rCa2

10、+rMg2+，使CaO結(jié)構(gòu)較MgO疏松，屯易于進(jìn)入，所以活潑。2-19CaF2的晶胞參數(shù)為.54血。（1）根據(jù)CaF2晶胞立體圖畫出CaF2晶胞在（1）面上的投影圖；（2）畫出CaF2（110）面上的離子排列簡圖；（3）正負(fù)離子半徑之和為多少?4?4?4?4解（1）2）2-20計(jì)算CdI2晶體中的I-及CaTiO3晶體中O2-的電價(jià)是否飽和?解：Cdl2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5，即I-電價(jià)飽和CaTiO晶體中，Ca2+的配位數(shù)CN=12，4+的配位數(shù)CN=6，O2-的配位數(shù)CN=6所以i”，即02-電價(jià)飽和。2-21（1）畫

11、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02-數(shù)之比解（1）略（2）四面體空隙數(shù)與02數(shù)之比為2:1，八面體空隙數(shù)與02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)數(shù)的陽離子，并對每一種結(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）陰陽離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:2如CaF2（2）陰陽離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:1如NaCl（3）陰陽離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:1如ZnS（4）陰陽離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:2如

12、Ti022-23化學(xué)手冊中給出NHCl的密度為1.5g/cm3,X射線數(shù)據(jù)說明NHCl有兩種晶體結(jié)構(gòu)，一44種為NaCl型結(jié)構(gòu)，a=0.726nm；另一種為CsCl結(jié)構(gòu)，a=0.387nm。上述密度值是哪一種晶型的？（NH+離子作為一個(gè)單元占據(jù)晶體點(diǎn)陣）。4解：若NHCl為NaCl結(jié)構(gòu)4p=xM則可由公式嚴(yán)可得：=0.912g/cm3若NHCl為NaCl結(jié)構(gòu)，4p=-xM則可由公式嚴(yán)可得：=1.505由計(jì)算可知NaCl型結(jié)構(gòu)的NHCl與化學(xué)手冊中給出NHCl的密度接近，所以該密度44NaCl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)

13、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CN=6時(shí)，r2+=0.08nm,r2MnS-=0.184nm；CN=4時(shí)，r2+=0.073nm,r2-=0.167nm。MnS解:當(dāng)為立方ZnS解:當(dāng)為立方ZnS型結(jié)構(gòu)時(shí):0.472nm=2皿+/一當(dāng)為NaCl型結(jié)構(gòu)時(shí)：丿=2（r2+r2-）=2（0.08+0.184）=0.384nmMnS所以體積變化：如弓0苗2=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？請作充分討論。答：（1）屬于立方晶系（2）Ba2+、Ti4+和02-

14、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=0.132rn4+對于Tirn4+對于Ti4+ro0.4350132配位數(shù)為62對于Ba2+m-=1.0830.132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)則亠卄工缶亠卄亠卄即負(fù)離子電荷z=1則。2-離子電荷=與。2-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)則一一不同配位體連接方式規(guī)則和鮑林第五規(guī)則一一節(jié)約規(guī)則所以鈣鈦礦結(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

15、面的共同特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)中的Si4+離子位于02-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SiO四面體。Si-O-Si是一條夾角不等的折線，一般在145左右。4（2）SiO四面體的每個(gè)頂點(diǎn)，即O2-離子最多只能為兩個(gè)SiO四面體所共用。44（3）兩個(gè)相鄰的SiO四面體之間只能共頂而不能共棱或共面連接。4（4）SiO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4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

16、，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)而可以對晶體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)作出一定程度的預(yù)測。兩種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)SiO在結(jié)構(gòu)

17、中的排列結(jié)合方式來分類，具體可以分為五類：島4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SiO共用02-數(shù)4形狀絡(luò)陰離子團(tuán)Si:0I島狀0四面體Si04-41:4組群狀1雙四面體Si06-272:72二節(jié)環(huán)Si06-391:32四節(jié)環(huán)Si08-4121:32八節(jié)環(huán)Si0i2-6181:3鏈狀2單鏈Si04-261:32、3雙鏈Si06-4114:11層狀3平面層Si04-4104:10架狀4骨架Si04-41:4(AlSi)0 x-x4-x81:42-28下列硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型：Mg2SiO4,KAlSi308,CaMgSi2O6,Mg3Si40j（OH），CaA

18、lAlSiO。227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)MgSiO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24面體間的連接方式怎樣？（2）02-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，SiO,MgO,同層的Mg06八面體共棱，如59MgO和TOC o 1-5 h z46649MgO共棱7502-和2702-,不同層的MgO八面體共頂，如1MgO和51MgO共頂是2202-,6666同層的MgO與SiO共頂，如TMgO和7Si0共頂2202

19、-,不同層的MgO與SiO共棱，646464TMgO和43SiO共2802-和2802-；64（2）02-與3個(gè)MgO和1個(gè)SiO,，所以02-飽和64（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CaMgSiO（0H）具有纖維狀結(jié)晶習(xí)性，而滑石MgSi0（OH）25411234102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-0鍵要比鏈5的Ca-0、Mg-0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)層結(jié)構(gòu)，復(fù)網(wǎng)層由兩個(gè)Si04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

20、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n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A13+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，A13+為什么能部分置換硅氧骨架中的Si4+；（2）A13+置換Si4+后，對硅酸鹽組成有何影響？（3）用電價(jià)規(guī)則說明A13+置換骨架中的Si4+時(shí)

21、，通常不超過一半，否則將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。解：（DAW可與02-形成AIO45-；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，A13+取代Si4+時(shí)，結(jié)構(gòu)單元AlSiOASiO,失去了電中性，有過剩的負(fù)電荷，45為了保持電中性，將有一些半徑較大而電荷較低的陽離子如K+、Ca2+、Ba2+進(jìn)入結(jié)構(gòu)中；（3）設(shè)A13+置換了一半的Si4+，則02-與一個(gè)Si4+一個(gè)A13+相連，陽離子靜電鍵強(qiáng)度=3/4X1+4/4X1=7/4,02-電荷數(shù)為-2,二者相差為1/4,若取代超過一半，二

22、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，符號丄，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

23、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.(RR2)/Rl15%不連續(xù)。2.40%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)

24、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，使固溶體的強(qiáng)度、硬度升高；(4)形成固溶體后對材料物理性質(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

25、各組元，而塑性則較低3-6說明下列符號的含義：VNa，VNa，叮，(叮5，C,C%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CaCl中形成空位型固溶體；（2）CaCl溶入NaCl22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）NaClNa+Cl+VTOC o 1-5 h zCaClCl（2）CaClCaNa+2Cl+

26、V2ClNa（3）0V+VNaCl（4）AgAgV+AgAgi3-8Mg0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=pVN0/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Li（反螢石型結(jié)構(gòu)）均以氧的立方密堆為基礎(chǔ)，而且陽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Li20中是弗倫克爾型，請解釋原因。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1

27、000K和1500K的缺陷濃度。（答：6.4X10-3,3.5X10-2）解：n/N=exp（-E/2RT），R=8.314，T=1000k：n/N=6.4X10-3；T=1500k：n/N=3.5X10-2o3-11非化學(xué)計(jì)量化合物FeO中，F(xiàn)e3+/Fe2+=0.1,求Fe0中的空位濃度及x值。（答：2.25X10 xx5；0.956）2yX=1-y=1-0.0435=0.9565,FeO0.95651-7-V=x+l=2.22X10-2Fe3-12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Fe0及Zn0的密度將發(fā)生怎么樣的變化？增大還是減

28、?。繛槭?-x1+x么？解：Zn(g)Tzn+eZn(g)+1/20=ZnO2Zn+e+l/20Tzn0i2Zn0=e.P0ZniP0(g)0+V+2h20Fek=0Vh/P01/2=400V3/P01/20Fe2Fe2V*P02-l/6,Fe.P0VP2Fe3-13對于刃位錯(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)線垂直于仏位錯(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)解：刃位錯(cuò)：位錯(cuò)線垂直于仏位錯(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)。圍繞兩個(gè)位錯(cuò)伯格斯回路，

29、最后得伯格斯矢量若干？圍繞每個(gè)位錯(cuò)分別作伯氏回路，其結(jié)果又怎樣？解：略。解：略。3-15有兩個(gè)相同符號的刃位錯(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：晶界對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。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12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

30、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)1固溶體化合物機(jī)械混合物化學(xué)組成（x=02）ABO124AO+BO23相組成均勻單相單相兩相有界面3-19試闡明固溶體、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T0kO+MXMX只受溫度控制MmM+固溶體無限，

31、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)量化合物陽缺陰間陽間陰缺環(huán)境中氣氛性質(zhì)和壓力變化Fe01-xUO2+xZn01+xTiO2-Xhx-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Mg0中形成有限固溶體，在低共熔溫度1995C時(shí).約有18wt%Al2O3溶入MgO中，假設(shè)Mg0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）A13+為填隙離子；2）A13+

32、為置換離子。解：（a）Al3+為填隙離子：（b）Al3+為置換離子:缺陷反應(yīng)為:肚。臨門AL呢+4+%（2）MgmAIJ2固溶式分子式：（3）取100g試樣為基準(zhǔn)：（為摩爾數(shù)）MgO中固溶18%wt的Al2O3后的分子式為：2.035Mg00.176A10或MgAlO（4）232.0350.3522.563（4）式各項(xiàng)除以2.563得MgAlO（5）0.7940.137由（5）式得x=0.137代入（2）（3）式，對（a對（a）有即皿0丹斗山0.137y理皈（b）有Mg叮列如晦珂牛0設(shè)：固溶前后晶胞體積不變，則密度變化為:O.176MAb0S十2,a35MMgQ0.175x102+2.035x

33、40.3PMgO2.563x40.3=0.96SPMgO2.563x40.3（PM或，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:FeS和FeSTOC o 1-5 h z1-x1-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：FeS中存在Fe空位，比非化學(xué)計(jì)量，存在hp型半導(dǎo)體；FeS中金屬離子過剩，1-x1-x存在S2-空位，存在N型半導(dǎo)體；因FeS、FeS分屬不同類型半導(dǎo)體，通過實(shí)驗(yàn)確定其1-x1-x半導(dǎo)體性質(zhì)即可。3-23說明為什么只有置換型

34、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離子交換位置，不會(huì)對接產(chǎn)生影響，所以可形成連續(xù)固溶體。3-24對于MgO、AlO和CrO，其正、負(fù)離子半徑比分別為0.47、0.36和0.40，則Al0232323和Al2O3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）AlO與CrO能形成連續(xù)固溶體，2323原因：1）結(jié)構(gòu)內(nèi)型相同，同

35、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)。=-=-47-4=14.8915%為什么？15%rMgrAi半徑相差大，MgOrMgrAi半徑相差大，MgO（NaCl型）、AL2O3（剛玉）23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（ABO/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，可填入的陽離子的半徑r值可在一定范圍內(nèi)變化，而不至于使結(jié)構(gòu)變化。3-27CeO2為螢石結(jié)構(gòu)，其中加入15mol%CaO形成

36、固溶體，測得固溶體密度d=7.01g/cm3,晶胞參數(shù)a=0.5417nm,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：飭0叫C穩(wěn)+O0+V2CQ匚叫疋+20口+(2石對于置換式固溶體有x=0.15,1-x=0.85,2-x=1.85,所以置換式固溶體化學(xué)式CaCeO0.150.851.85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)。晶胞質(zhì)量丿0.15“h0.S

37、5.-1.85.xMCq!+4xxMCe4+8xxMq5.W=VW=102.766xW22(g)J6.022X10320.64650.6465對于間隙固溶體，其化學(xué)式CaCe0,與已知組成CaCeO相比，O2-不同,2y1-y20.150.851.850.15x20.85x2l-y-=yO.15/1.S50.15x20.85x2l-y-=yO.15/1.S51.85CaCe0TeaCe00.150.851.850.15X2/1.850.83X2/1.85201.7/1.852間隙式固溶體化學(xué)式Ca0.13X2/1.85Ce同理可得實(shí)測密度為d=7.0m3，接近于d2形成間隙固溶體，存在間隙Ca

38、離子第四章答案4-1略。4-2試簡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?？煞譃槿齻€(gè)階段：初期：石英的分化，架狀SiO斷裂，在熔體中形成了各種聚合程度的聚合物。4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。SiONa+SiONaSiONa+NaO（短鍵）44276310823SiONaSiONa+2NaO（六節(jié)環(huán)）3108618122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NaO又能進(jìn)一步2侵蝕石

39、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。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。SiO：玻璃一一各向同性。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（LiO、NaO、KO、RbO、CsO）能降低熔體粘度。

40、這些正離子由于22222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727C時(shí)是107Pas,在1156C時(shí)是103Pas,在什么溫度下它是106Pas?log卩二丿+解：根據(jù)Tlog107=丿+-727C時(shí)，n=107Pas,由公式得：727+273（1）loglO3=A+-1156C時(shí)，n=103Pas,由公式得：1156+273（2）聯(lián)立(1),(2)式解得A=-6.32,B=13324loglO6二-6.咒+12逬當(dāng)n=iO6Pas時(shí)，t十27：解得t=808

41、.5C。4-6試述石英晶體、石英熔體、Na?。2汽熔體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的區(qū)別。石英晶體石英熔體NaO2SiO22結(jié)構(gòu)SiO按共頂方式對稱有規(guī)4律有序排列，遠(yuǎn)程有序基本結(jié)構(gòu)單元SiO呈4架狀結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程無序基本結(jié)構(gòu)單元SiO12-呈六618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，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，n大，電導(dǎo)率大，表面張力大有流動(dòng)性，n較石英熔體小，電導(dǎo)率大，表面張力大4-7SiO熔體的粘度在1000C時(shí)為10i4Pas,在1400C時(shí)為10?Pas。SiO玻璃粘滯流動(dòng)22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？R=7o

42、聊（篇）解：（1）根據(jù)公式：二叭珂一）1014二叭珂一）1000C時(shí)，n=1014Pas,T=1000+273=1273K,=%已即一=%已即一）1000C時(shí)，n=107Pas,T=1400+273=1673K,聯(lián)立（1）,（2）式解得：處=5.27X10-16Pas,=713.5kJ/mol（2）若在在恒容下獲得，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SiO聚合程度有關(guān)。44-8一種熔體在1300C的粘度是310Pas,在800C是10?Pas,在1050C時(shí)其粘度為多少？在此溫度下急冷能否形成玻璃？log-A+解：（1）根據(jù)log310=+1300C

43、時(shí)，n=310Pas,由公式得：loglO7二百+-800C時(shí)，n=107Pas,由公式得：聯(lián)立(1),(2)式解得A=-7.2,B=15219.6當(dāng)t=1050環(huán)甸5+器解得n=20130.5Pas。(2)在此溫度下,極冷能形成玻璃。4-9試用logn=A+B/(TT0)方程式，繪出下列兩種熔體在1350500C間的粘度曲線(iogni/T)。兩種熔體常數(shù)如下：序號ABT011.631422921921.7694690216解：根據(jù)公式:丄_T=500+273=773K,丁丄_T=500+273=773K,丁0.0013,9.265當(dāng)t=500C時(shí)，丄_TOC o 1-5 h z當(dāng)t=700

44、C時(shí)，T=700+273=973K,于0.0010,7.2401_當(dāng)t=900C時(shí)，T=900+273=1173K,T0.0008,6.0641_當(dāng)t=1100C時(shí)，T=1100+273=1373K,丁0.0007,5.296丄_當(dāng)t=1350C時(shí)，T=1350+273=1623K,丁0.0006,4.643對于熔體2：1_當(dāng)t=500C時(shí)，T=500+273=773K,尸0.0013,10.189丄_當(dāng)t=700C時(shí)，T=700+273=973K,丁0.0010,7.9644-10派來克斯（Pyrex）玻璃的粘度在1400C時(shí)是109Pa4-10派來克斯（Pyrex）玻璃的粘度在1400C時(shí)

45、是109Pas,在840C是10即&s。請回解：（1）粘性流動(dòng)活化能是多少？（2）為了易于成形，玻璃達(dá)到105Pas的粘度時(shí)約要多高的溫度？帀=7o旳（等）解：（1）根據(jù)公式：1400C時(shí),n=109Pas,T=1400+273=1673K,10-珈已跖疋旳邊31半840C時(shí),1013n=1013Pas,T=840+273=1113K,=處莎（一一）聯(lián)立（1）（2）式解得：處二11.22Pas,=254.62kJ/molr254.62x1000】exp(2)當(dāng)n=105Pas時(shí)，105=11.22解得t=3094.2C4-11一種玻璃的工作范圍是870C(n=106Pas)至1300C(n=1

46、02.5Pas),估計(jì)它的退火點(diǎn)(n=10i2Pas)?解：根據(jù)公式：10二坯已珥870C時(shí)，n=106Pas,T=870+273=1143K,101300C時(shí)，n=102.5Pas,T=1300+273=1573K,聯(lián)立（1）,（2）式解得：坯=1.57X10-7Pas,二%expt；一一）=280.16kJ/molr280.12x1000nexp當(dāng)n=10i2Pas時(shí)，1012=1.57X10-7解得t=505.15C4-12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。(1)0.2NasQ0.4CiO0.21/EiU心沁imZL5，EO1解：（1）粘度的差

47、別對釉式1：AH+按網(wǎng)絡(luò)形成離子,R_0.2+0.2+0.4+0.2+0.3x3+2.1x2+0.5x3_2.050.3x24-2.1+0.5x2X=2x2.05-4=0.1竝二4-0.1二刖對于釉式2：2)工作溫度范圍粘度一般為2)工作溫度范圍粘度一般為103107Pa.sp_0.2+0.2+0.6+1.1x3+10 x2_2_ioo_疋=2x2.43-4=0.86托=4-0.36=3.14即：釉式1Y釉式2丫2，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Pb

48、O和B0這些氧化物可以降低23,表面張力。4-13種用于密封照明燈的硼硅酸鹽玻璃，它的退火點(diǎn)是544C,軟化點(diǎn)是780C。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。耶=7o聊篇）解：（1）根據(jù)公式：氏廠1中=耳汕剛;竺)退火點(diǎn)544C,n=1012Pas,T=544+273=817K,817x8.314AE14.5x10s=?20ei(p(；軟化點(diǎn)為780C,n=4.5X106Pas,T=780+273=1053K,1053xS.3!4聯(lián)立(1),(2)式解得：坯=1.39X10-i2Pas,=373.13kJ/mol聯(lián)立當(dāng)n=10當(dāng)n=103Pa當(dāng)n=107

49、Pa7=-總In(邑)根據(jù)公式:373.13X1QQQS.3141n()s時(shí)，T=沁11311.9K=1038.9C373.13x10003.3141n(；)s時(shí)，T=13：xl01033.6K=760.6C所以工作溫度范圍是：1038.9C760.6C（3）熔融范圍粘度一般是10100Pa.s373.13x10008.3141n(一)當(dāng)n=10Pas時(shí)，T=1516.0K=1243.0C373.13x1000S.3141n()當(dāng)n=100Pas時(shí)，T=1406.6K=1133.6C所以熔融溫度范圍是1243.0C1133.6C4-14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？

50、試簡要敘述之。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)及非橋氧分?jǐn)?shù)(l)NaOSiO；(2)Na0CaOAl0SiO；222232(3)Na0l/3Al0SiO；(4)18Na010Ca072SiO(wt%)223222解：(1)Z=4,R=3/l=3,X=2R-Z=6-4=2,Y=8-2R=8-6=2非橋氧加=66.7%|+X1+2(2)丁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=

51、3.34非橋氧處=一一=28.3%1.67+0.66(3)-1A1(3)-1A13+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=3.2Z=4,非橋氧加二-S=33.3%1.6+O.S4)NaOCaOSiO22wt%|18|1072mol0.2900.1791.200mol%17.4%10.7%71.9%17.4+10.7+71.9x2Z=4,719,X=2R-Z=0.78,Y=4-0.78=3.22非橋氧加=一一=32.6%1.61+0.784-16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NaO2CaOS

52、iO22O3l12010I106010121002060110l解：1號:Z=4,20+10+30+12020+60=2.25X=2R-Z=0.5，Y=4-0.5=3.5112號：Z=4,A13+解：1號:Z=4,20+10+30+12020+60=2.25X=2R-Z=0.5，Y=4-0.5=3.5112號：Z=4,A13+被視為網(wǎng)絡(luò)改變離子耐二10+60+120+3060+20=2.75X=2R-Z=1.5,Y=4-1.5=2.522Y1Y2高溫下1號玻璃的粘度大。4-17有兩種不同配比的玻璃其組成（wt%）如下，試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大??？序號Na”O(jiān)A1O3SiO”1

53、81280212880解：序號NaO2A1023SiO2wt%mol%wt%mol%wt%mol%188.16127.478084.3721212.0984.868083.05對于1：NaO8.16d=1.Z=4,崔A1A1AlO被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子Z=4,23p8.16+7.47x3+84.37x2_7.47x2+84.37X=2R-Z=0.014,1對于2：Y=4-X=3.98617.47x2+84.37X=2R-Z=0.014,1對于2：Y=4-X=3.986112.09d1：.Z=4,如口436AlO被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子Z=4,2衛(wèi)_12.09+4.86x3+83.05x2_:if_.|i

54、_i486x2+83.05丄i厶.UO486x2+83.05X=2R-Z=0.16,Y=4-X=3.8422YY，故1號在高溫下的粘度大。124-18有一種玻璃組成(wt%)為Na014%、CaO13%、Si073%,其密度為2.5g/cm3。(1)22計(jì)算該玻璃的原子堆積系數(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=0.14X62+0.13X56+0.73X60.02=59.77在1血中原子數(shù)為n=2.5X10-24X6.02X1023/59.77=0.252個(gè)/總在1血原子所占體積

55、V=0.0252X4/3n0.14X2X0.983+0.13X1.063+0.73X0.393+(0.14+0.13+0.73X2)X1.323=0.4685AFP=0.46結(jié)構(gòu)參數(shù)：NaO2CaOSiO2wt%141373mol0.230.231.22mol%13.713.772.6（2）石英砂為1000kg（2）石英砂為1000kg，則需要純堿（Na2CO3）：需要石灰石（CaCO3）：Z=4X=2R-Z=2.38X2-4=0.76Y=Z-X=4-0.76=3.244-19試簡述哪些物質(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

56、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態(tài)固體。4-20試簡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）NaO2SiO；（2）Na0SiO；（3）NaCl2222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=

57、3,Y2=2Y1Y2，高溫下粘度大，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T/T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）gMGeOSiO，以100C/s冷卻；（2）GeOSiO氣相沉積在OCSiO基板上；（3）金屬金氣22222相沉積在0C銅基板上；（4）A12O3氣相沉積在0CA12O3基板上；（5）液態(tài)硫以1C/s冷卻；（6）液態(tài)金以106C/s冷卻；（7）氣態(tài)NaCl在0芯識基板上冷卻；（8）液態(tài)ZnCl?以100C/s冷卻。解：略。4-23若將10mol%Na2O加入到SiO?中去，計(jì)算O:Si比例是多少？這樣一種

58、配比有形成玻璃趨向嗎？為什么？。二*%21門解：&1,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100gSi02中要加入多少CaO,才能使0：Si達(dá)2.5?解：設(shè)要加入XgCaO,貝y：蘭十叫2_5660_25Too60解得：X=46.674-25若將moNa?加入到SiO2中，計(jì)算O：S訃匕例是多少？這種配比能形成玻璃嗎?為什么?00.5+1X2=Z.J解：&1，可以形成玻璃。當(dāng)加入50mol%Na2O時(shí)，連續(xù)網(wǎng)狀Si2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2O%B2O3，試計(jì)算熔體的O：Si比例是

59、多少？0_1x2+03_解：空1十0.2x21.864-27在SiO2中應(yīng)加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5,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二(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)加到石英玻璃中，使氧硅比增加。實(shí)驗(yàn)觀察到當(dāng)O/Si=2.53時(shí)，即達(dá)到形成玻璃的極限,，根據(jù)結(jié)構(gòu)解釋為什么在2VO/SiV2.5的堿和硅石混合物可以形成玻璃，而O/Si=3的堿和硅灰石混合物結(jié)晶而不形成玻璃？解：當(dāng)O/Si=

60、2.53時(shí)，Y=23,當(dāng)2VO/SiV2.5時(shí)，3Y4,而當(dāng)O/Si=3時(shí)，Y=2。結(jié)構(gòu)參數(shù)Y對玻璃性質(zhì)有重要意義。對于Na2OSiO2玻璃，Y越大，網(wǎng)絡(luò)連接越緊密，強(qiáng)度越大；反之，Y愈小，網(wǎng)絡(luò)空間上的聚集也愈小，結(jié)構(gòu)也變得較松，并隨之出現(xiàn)較大的空隙，結(jié)果使網(wǎng)絡(luò)改變離子的運(yùn)動(dòng)，不論在本身位置振動(dòng)或從一位置通過網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)隙躍遷到另一位置都比較容易。因此隨著Y值遞減，出現(xiàn)膨脹系數(shù)增大，電導(dǎo)增加和粘度減小等變化。對于硅酸鹽玻璃來說，Y2時(shí)不可能構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗拿骟w間公有的橋氧數(shù)少于2,結(jié)構(gòu)多半是不同長度的四面體鏈。所以對于O/Si=3的堿和硅灰石混合物結(jié)晶而不形成玻璃。4-29試分析：（1）假如要