無機(jī)材料物理化學(xué)作業(yè)答案

第一次作業(yè)1、試證明等徑球體六方緊密堆積的軸比c/a=證明：如圖1所示，六方緊密堆積的晶胞中，a軸上兩個(gè)球直接相鄰，所以a=2rc軸上，一個(gè)球分別于與上下各個(gè)球緊密接觸，形成四面體，如圖2所示。圖1圖2110、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)稱以及無方向根底上的，故只適用于典型的離子晶體和金屬晶體，而不能用最緊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。

22.21晶格能與哪些因素有關(guān)？MgO晶體具有氯化鈉的結(jié)構(gòu)型，其晶體常數(shù)a為。試計(jì)算MgO晶格能。解：〔1〕晶格能指反響時(shí)1mol離子化合物從相互別離的氣態(tài)結(jié)合成離子晶體所放出的能量。晶格能與離子半徑、離子電荷晶體的結(jié)構(gòu)類型等有關(guān)。且晶格能的大小與離子帶電量成正比，與離子半徑成反比。〔2〕MgO晶體具有NaCl型結(jié)構(gòu)，所以正負(fù)離子平衡距離為0.21nm,Z+=Z-=2波恩指數(shù)為7，A=1.7476帶入數(shù)據(jù)得

331、石墨、滑石和高嶺石具有層狀結(jié)構(gòu)，說明它們的結(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，石墨中間層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?；前嗣骟w空隙全部被鎂離子填充的2：1型三八面體型結(jié)構(gòu)而高嶺土為1:1型二八面體結(jié)構(gòu)石墨結(jié)構(gòu)滑石結(jié)構(gòu)高嶺石結(jié)構(gòu)425、鈦酸鋇是一種重要的鐵電陶瓷，其晶型是鈣鈦礦，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)為假設(shè)干？〔3〕這個(gè)結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)那么嗎？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)遵循鮑林規(guī)那么鮑林第一規(guī)那么——配位多面體規(guī)那么532、〔1〕在硅酸鹽晶體中，Al3+為什么能局部置換硅氧骨架中Si4+；〔2〕Al3+置換Si4+后，對(duì)硅酸鹽組成有何影響？〔3〕用電價(jià)規(guī)那么說明Al3+置換骨架中的Si4+時(shí)，通常不超過一半，否那么將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。解：(1)Al3+可與形成[AlO4]5-;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)生同晶取帶，由于鮑林規(guī)那么，所以只能局部取代；〔2〕Al3+置換Si4+是局部取代，Al3+取代Si4+時(shí)，結(jié)構(gòu)單元[AlSiO4][AlSiO5],失去了電中性，有過剩的負(fù)電荷，為了保存電中性，將有一半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)Al3+置換了一半的Si4+，那么O與一個(gè)Si4+、一個(gè)Al3+相連，陽離子的靜電鍵強(qiáng)度=3/41+4/41=7/4，O的電荷數(shù)為-2，二者相差1/4，假設(shè)取代超過一半，二者相差必然大于1/4，造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。6第二次作業(yè)3-10、網(wǎng)絡(luò)變性體〔如Na2O)參加石英玻璃中，使氧硅比增加，實(shí)驗(yàn)觀察到O/Si即到達(dá)形成玻璃的極限，O/S>3，那么不能形成玻璃，為什么？解：當(dāng)O/Si=2.5~3時(shí)，Y=2~3;當(dāng)時(shí)，3<Y<4;而當(dāng)O/Si=3時(shí)，Y=2。結(jié)構(gòu)參數(shù)Y對(duì)玻璃性質(zhì)有重要意義。對(duì)于Na2玻璃，Y越大，強(qiáng)度越大；反之，Y愈小，網(wǎng)絡(luò)空間上的集聚也愈小，結(jié)構(gòu)也變得較松，并隨之出現(xiàn)較大的空隙，結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)改變離子的運(yùn)動(dòng)，不管在本身位置振動(dòng)或者從一位置通過網(wǎng)絡(luò)的間隙躍遷到另一位置都比較容易。因此隨著Y值的遞減，出現(xiàn)膨脹系數(shù)增大，電導(dǎo)增加和粘度減小等變化。對(duì)于硅酸鹽玻璃來說，Y<2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(zhǎng)度的四面體鏈。所以對(duì)于O/Si=3的堿和石灰混合物結(jié)晶而不形成玻璃。73-14以下兩種釉式中，你能否判斷兩者的熔融溫度、黏度、外表張力的差異〔1〕〔2〕解：〔1〕粘度的差異對(duì)于釉式1：

按網(wǎng)絡(luò)形成離子對(duì)于釉式2：

Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)改變離子即：〔1〕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融化溫度>釉式2融化溫度〔3〕外表張力的差異：釉式1外表<釉式2外表張力因?yàn)橛允?中的O/Si小于釉式2中的O/Si，同時(shí)釉式中參加PbO和Ba2O3，這些氧化物可以降低外表張力8在二元Na2O-SiO2玻璃中參加B2O3，玻璃的結(jié)構(gòu)將如何變化答：在鈉硅玻璃中參加B2O3，玻璃的結(jié)構(gòu)隨B2O3增加而逐漸加強(qiáng)，玻璃的性質(zhì)得到改善，但B2O3的含量超過某數(shù)字時(shí)，將出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)；隨著B2O3的增加，玻璃結(jié)構(gòu)逐漸弱化，玻璃的性質(zhì)逐漸變壞，即：由于硼反?，F(xiàn)象，在玻璃的性質(zhì)變化曲線上出現(xiàn)極值。9習(xí)題課晶體缺陷10

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熱缺陷1600℃以弗倫克爾缺陷為主：摻雜：參加10-6濃度的YF3將形成10-6濃度的Fi’缺陷〔缺陷方程和濃度分析是必須的〕與1600℃熱缺陷濃度相比可知，以熱缺陷為主1212.六方晶系的晶胞體積1315.CaF2是螢石型晶體，單位晶胞內(nèi)含有4個(gè)螢石分子14由ρ1與ρ2計(jì)算值與實(shí)測(cè)密度比較，ρ1值接近，因此0.2molYF3參加CaF2中形成間隙型固溶體1519解：對(duì)于CaO-CeO2固溶體來說，從滿足電中性來說，可以形成氧離子空位的固溶體，也可以形成Ca2+嵌入陰離子間隙中的固溶體，其固溶方程為：CeCaO1.85CeCaO2置換型間隙型CeO為螢石結(jié)構(gòu)，含有四個(gè)陰離子，八個(gè)陰離子，那么由于實(shí)際中固溶體密度d=7.01g/cm3,因此形成的是間隙型固溶體164.20解:(a)非化學(xué)計(jì)量化合物Fe1-XO是由于正離子空位，引起負(fù)離子過剩：按照質(zhì)量作用定律，平衡常數(shù):由此可知：即鐵空位的濃度與氧分壓的1/6成正比，故氧分壓增大時(shí)，F(xiàn)e1-xO密度減小17

(b〕非化學(xué)計(jì)量化合物Zn1+xO，由于正離子填隙，使金屬離子過剩按照質(zhì)量作用定律

即間隙離子的濃度與氧分壓的1/6次方成反比，故增大氧分壓，間隙離子濃度減小，那么Zn1+xO密度也將減小。18

21.分析：FexO是a(mol)Fe2O3溶解在FeO