材料化學習題庫

習題一答案1、晶體一般的特點是什么?點陣和晶體的結構有何關系？答：〔1〕晶體的一般特點是：a、均勻性：指在宏觀觀察中，晶體表現(xiàn)為各局部性狀相同的物體b、各向異性：晶體在不同方向上具有不同的物理性質c、自范性：晶體物質在適宜的外界條件下能自發(fā)的生長出晶面、晶棱等幾何元素所組成凸多面體外形d、固定熔點：晶體具有固定的熔點e、對稱性：晶體的理想外形、宏觀性質以及微觀結構都具有一定的對稱性〔2〕晶體結構中的每個結構基元可抽象成一個點，將這些點按照周期性重復的方式排列就構成了點陣。點陣是反映點陣結構周期性的科學抽象，點陣結構是點陣理論的實踐依據(jù)和具體研究對象，它們之間存在這樣一個關系：點陣結構＝點陣＋結構基元點陣＝點陣結構－結構基元2、以下圖是一個伸展開的聚乙烯分子，其中C—C化學鍵長為1.54?。試根據(jù)C原子的立體化學計算分子的鏈周期。答：因為C原子間夾角約為109.5°，所以鏈周期＝2×1.54?×sin(109.5°/2)=2.51?3、由X射線法測得以下鏈型高分子的周期如下，試將與前題比擬思考并說明其物理意義?；瘜W式鏈周期聚乙烯醇2.52聚氯乙烯5.1聚偏二氯乙烯4.7答：由題中表格可知，聚乙烯醇的鏈周期為2.52?，比聚乙烯略大，原因可能是-OH體積比H大，它的排斥作用使C原子間夾角變大，因而鏈周期加長，但鏈周期仍包含兩個C原子；聚氯乙烯的鏈周期為5.1?，是聚乙烯鏈周期的兩倍多，這說明它的鏈周期中包含四個C原子，原因是原子的半徑較大Cl原子為使原子間排斥最小，相互交錯排列，其結構式如下：聚偏二氯乙烯鏈周期為4.7?比聚乙烯大的多，而接近于聚氯乙烯的鏈周期為5.1?，可知鏈周期仍包含4個C原子。周期縮短的原因是由于同一個C原子上有2個Cl原子，為使排斥能最小它們將交叉排列，即每個Cl原子在相鄰2個Cl原子的空隙處。這樣分子鏈沿C-C鍵的扭曲縮小了鏈周期。4．石墨分子如下圖的無限伸展的層形分子請從結構中引出點陣結構單位來，分子中相鄰原子間距為1.42?，請指出正當結構單位中根本向量a和b的長度和它們之間的夾角。每個結構單位中包括幾個碳原子？包括幾個C-C化學鍵?解：點陣結構單元為，根本向量長度2.41?，根本向量之間夾角120o，每個結構單元中包含2個碳原子，包含三個C-C化學鍵。5．試表達劃分正當點陣單位所依據(jù)的原那么。平面點陣有哪幾種類型與型式?請論證其中只有矩形單位有帶心不帶心的兩種型式，而其它三種類型只有不帶心的型式?答：劃分正當點陣單位所依據(jù)的原那么是：在照顧對稱性的條件下，盡量選取含點陣點少的單位作正當點陣單位。平面點陣可劃分為四種類型，五種形式的正當平面格子：正方，六方，矩形，帶心矩形，平行四邊形?！瞐〕假設劃分為六方格子中心帶點，破壞六重軸的對稱性，實際上該點陣的對稱性屬于矩形格子。〔b〕〔c〕分別劃分為正方帶心和平行四邊形帶心格子時，還可以劃分成更小的格子?！瞕〕如果將矩形帶心格子繼續(xù)劃分，將破壞直角的規(guī)那么性，故矩形帶心格子為正當格子。6．什么叫晶胞，什么叫正當晶胞，區(qū)別是什么?答：晶胞即為空間格子將晶體結構截成的一個個大小，形狀相等，包含等同內(nèi)容的根本單位。在照顧對稱性的條件下，盡量選取含點陣點少的單位作正當點陣單位，相應的晶胞叫正當晶胞。7．試指出金剛石、NaCl、CsCl晶胞中原子的種類，數(shù)目及它們所屬的點陣型式。答：原子的種類原子的數(shù)目點陣型式金剛石C8立方面心NaClNa+與Cl-Na+：4，Cl-：4立方面心CsClCs+與Cl-Cs+：1，Cl-：1簡單立方8．四方晶系的金紅石晶體結構中，晶胞參數(shù)為a=b=4.58?，c=2.98?，α=β=γ=90o,求算坐標為〔0,0,0〕處的Ti原子到坐標為〔0.31,0.31,0〕處的氧原子間的距離。解：根據(jù)晶胞中原子間距離公式d＝[(x1-x2)2*a+(y1-y2)2*b+(z1-z2)2*c]1/2，得d＝[(0.31-0)2*a+(0.31-0)2*a+(0-0)2*c]1/2＝0.31*21/2*4.58?＝2.01?9.什么叫晶面指標，標出以下圖所示點陣單位中各陰影面的晶面指標。答：晶面指標〔hkl〕是平面點陣面在三個晶軸上的倒易截數(shù)之比，它是用來標記一組互相平行且間距相等的平面點陣面與晶軸的取向關系的參數(shù)。10.晶面交角守恒是指什么角守恒，為何守恒？晶面的形狀和大小為什么不守恒？晶體外形一般說受那些因素的影響？答：晶面交角守恒定律，即是同一種晶體的每兩個相應界面間的夾角保持恒定不變的數(shù)值，假設對應各相應的晶面分別引法線，那么每兩條法線之間的夾角〔晶面夾角〕也必為一個常數(shù)。晶面交角守恒定律是在1669年首先由斯蒂諾發(fā)現(xiàn)后經(jīng)過其他學者反復實測、驗證，直至18世紀80年代才最后確定下來的。這一規(guī)律完全是由于晶體具有點陣結構這一規(guī)律決定的。因為晶體的大小和形狀不僅受內(nèi)部結構的制約，還受外部因素的影響，所以晶面的形狀和大小是不守恒的。一般說來，晶體外形除了其內(nèi)部結構制約，在一定程度上還受到外因，如溫度、壓力、濃度和雜質的影響。11.論證在晶體結構中不可能存在五重旋轉軸。證明：設晶體中有一n次螺旋軸通過O點，根據(jù)對稱元素取向定理，必有點陣面與n重軸垂直。而其中必有與n重軸垂直的素向量，將作用于O點得到A’點。設n重旋轉軸的基轉角2π/n，那么L(2π/n)與L(-2π/n)必能使點陣復原。這就必有點陣B與B’，如上圖所示。由圖可以看出BB’必平行于AA’，即：BB’//AA’，那么：向量BB’屬于素向量為a平移群，那么：m的取值與n的關系如下表：mcos(2π/n)2π/nn-2-12π/22-1-1/22π/33002π/4411/22π/66212π/11由上表可知，晶體結構中不可能存在五重旋轉軸。并且不可能存在高于六次的對稱軸。12、有A、B、C三種晶體，分別屬于C2v、C2h、D2d群。它們各自的特征元素是什么，屬于什么晶系，晶胞參數(shù)間的關系如何？各種晶體可能具有什么樣的點陣形式。答：C2v：正交晶系，a≠b≠c，α=β=γ=900，oP,oC，oI，oF，3個垂直的2or2個垂直的mC2h：單斜晶系a≠b≠cα=γ=900≠βmP,mC(mA,mB)2ormD2d：四方晶系a=b≠cα=β=γ=900tP,tI4or4重反軸13、為什么l4種點陣型式中有正交底心，而無四方底心，也沒有立方底心型式?答：立方底心型式會破壞立方體對角線上三重軸的對稱性，不再滿足立方晶系特征對稱元素的需要，所以無立方底心型式。四方底心型式那么可以劃分為更小的簡單格子，且仍保持四重對稱軸的對稱性，所以無四方底心型式。而正交底心型式劃分為更小的簡單格子時，將破壞其α=β=γ=900的規(guī)那么性，所以要保存正交底心型式。14、為什么有立方面心點陣而無四方面心點陣？答：因為立方面心點陣假設取成素晶胞，不再滿足立方晶系4個三重軸的特征對稱元素的需要。而四方面心點陣可取成更簡單的四方體心格子，所以沒有四方面心點陣。15．某一晶體的點陣型式具有三個互相垂直的四重軸、對稱面、對稱中心,而此晶體卻無4重對稱軸、無對稱面和對稱中心,問此晶體屬于何點群?簡述推理過程。答：由于有一個以上的高次軸，應屬于立方群。該晶體點陣型式有三個四重軸，而晶體無4重軸，所以該點陣對稱性降低，具有C3軸，又晶體無對稱面和對稱中心，所以具有C2軸。綜上分析此晶體屬于T點群。16．請說明以下空間群國際記號的含義。答：“–”前面的是熊夫利斯記號，“–”后面的是國際記號。17、什么是晶體衍射的兩個要素?它們與晶體結構有何對應關系？晶體衍射兩要素在衍射圖上有何反映?答：晶體衍射的兩個要素：衍射方向和衍射強度關系：晶胞大小、形狀衍射方向衍射〔點、峰〕的位置晶胞內(nèi)原子種類和位置衍射強度衍射點〔線〕的黑度、寬度峰的高度、高度18、說明勞埃方程各符號的物理意義，并說明為何攝取勞埃圖時需用白色射線，而在用單色特征射線攝取單晶回轉圖時，需使晶體沿一晶軸旋轉？a，b，c為空間點陣中三個互不平行的根本向量的大小αO，βO，γO分別為三個方向上的X射線入射角α，β，γ分別為三個方向上的衍射角h，k，l為一組整數(shù)，稱為衍射指標，分別表示在三個晶軸方向上波程差所含的波數(shù)λ為波長α，β，γ三個角度不是彼此完全獨立的，他們之間還存在一定的函數(shù)關系。這個關系連同勞埃方程共有4個方程，聯(lián)系3個未知變量，一般得不到確定解。欲得確定解，即欲得衍射圖，必須增加變數(shù)。兩中途徑可到達此目的：一是晶體不動，采用多種波長混合的“白色”X射線，即X射線的波長λ在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化，攝取勞埃圖的勞埃照相法就是采用此法；二是采用單色X射線而使晶體轉動，即改變αO，βO，γO的一個或兩個，回轉晶體法就是采用這種方法。19、明礬有八面體的理想外形，現(xiàn)在想用勞埃圖來證明它確為立方晶體，考慮一下工作進行的大致步驟如何?答：勞埃法為晶體不動，用多色X-光照射，平板底片與X-射線垂直。沿其理想外形的3個四重軸方向分別攝像，分析底片上衍射點的對稱性，假設每個方向均存在四重軸可證明明礬為立方晶體。23.論證具有面心點陣的晶體，其指標hkl奇偶混雜的衍射，強度一律為零。答：對面心晶體，可知，在〔0，0，0〕，〔0，1/2，1/2〕，〔1/2，0，1/2〕，〔1/2，1/2，0〕處有相同的原子。f1=f2=f3=f4=f,因為hkl奇偶混雜，故可能為兩偶一奇，或者兩奇一偶，那么，h+k,k+l,h+l中都是一個偶數(shù)，兩個奇數(shù)。那么，cosπ(h+l)，cosπ(k+l)，cosπ(h+k)中有兩個是-1，一個是1。故，上式=0所以，題述結論成立，消光存在。24.論證具有體心點陣的晶體，指標h+k+l=奇數(shù)的衍射其結構振幅︱Fhkl︱=0.答：對體心晶體，可知，在〔0，0，0〕，〔1/2，1/2，1/2〕處有相同原子。25.論證晶體在a方向上有二重螺旋軸時，那么h=奇數(shù)的結構振幅︱Fh00︱=0.答：對具有二重螺旋軸的點陣，在〔x,y,z〕和〔x+1/2，-y,-z〕有相同的原子。26、甲基尿素CH3NHCONH2〔正交晶系〕只在以下衍射中出現(xiàn)系統(tǒng)消光：h00中h=奇；0k0中k=奇；00l中l(wèi)=奇，查表確定：〔1〕點陣型式，〔2〕有無滑移面存在？〔3〕有無螺旋軸存在？〔4〕確定空間群。解：根據(jù)條件，查表得：〔1〕如題所述，只有h00衍射中h＝奇數(shù)，0k0衍射中k=奇數(shù)，00l中l(wèi)=奇時有系統(tǒng)消光即hkl衍射無系統(tǒng)消光，故為素格子。點陣型式為簡單正交?！?〕沒有滑移面〔3〕a,b,c三個方向有21螺旋軸〔4〕空間群為P21212127、某立方晶系的晶體其密度d=2.16克/厘米3，化學式量為58.5，用λ=1.542?的單色X射線，直徑為57.3毫米的粉末照相機，攝取了一張粉末圖，從圖上量得衍射為220的一對粉末弧線間距2l=22.3毫米。求算晶胞參數(shù)a及晶胞中按化學式為單位的“分子數(shù)”。解：答:晶胞參數(shù)a為5.744?，分子數(shù)Z為4。28、解:(1)、由公式4θ=2L/R×180/л得出θ=L/2R×180/л因為實際比值是2:4:6:8:10:12:14:16，所以是立方體心的點陣型式。(2)、由公式Sin2θ=(λ/2a)2·(h2+k2+l2)得出a=λ(h2+k2+l2)1/2/(2sinθ)=1.54×(12+12+02)1/2/(2sin20.13)=3.17(?)所以晶體常數(shù)a=3.17?(3)、由公式D=nM/VN0得出n=DVN0/M=Da3N0/M=19.3×(3.17×10-8)3×6.02×1023/183.85=2線號12345678L(mm)20.1329.1836.6048.5150.3257.4665.5876.69θ(度)20.1329.1836.6048.5150.3257.4665.5876.69Sinθ0.3440.4880.5960.7490.7700.8430.9110.973Sin2θ0.1180.2380.3550.5610.5920.7110.8290.947Sin2θn/Sin2θ112345678實際比值246810121416即每個晶胞中所含原子的數(shù)目是229．尿素的規(guī)那么外形如圖：(1)根據(jù)圖形，確定尿素(NH2CO-NH2)所屬點群及晶系。(2)在ˉ4方向，2方向和m的法線方向上，拍了三張回轉圖，計算得到相應直線點陣周期分別為4.73、5.67及8.02，寫出晶胞參數(shù)。(3)測得尿素晶體密度d＝1.335g／cm3，計算晶胞中的分子數(shù)目。(4)對衍射圖進行指標化后，發(fā)現(xiàn)只有h00衍射中h＝奇數(shù)，0k0衍射中k=奇數(shù)，有系統(tǒng)消光，據(jù)此判斷晶體的點陣型式，并寫出空間群的國際符號。(5)計算衍射112，121，211的布拉格角(λ＝1.5418?)。(6)設粉末照相機半徑為5cm，推算尿素粉末圖上述衍射所對應的粉末弧線2l長．解:⑴、尿素所屬點群為D2d，四方晶系。⑵、晶胞參數(shù)為：a=b=5.67?c=4.73?⑶、Z=d×V×No/M=1.335×(5.76×5.76×4.73)×(10-8)3×(6.02×1023)/60=2晶胞中原子的數(shù)目為2。⑷、簡單四方點陣因為如題所述，只有h00衍射中h＝奇數(shù)，0k0衍射中k=奇數(shù)，有系統(tǒng)消光即hkl衍射無系統(tǒng)消光，故為素格子。另如尿素為體心四方點陣，那么當h+k+l=奇數(shù)時，出現(xiàn)系統(tǒng)消光。那么，對00l型衍射l為奇數(shù)時亦有消光；但實際沒有出現(xiàn)消光，說明它不是體心點陣，而是簡單四方點陣?？臻g群的國際符號為：推導過程如下:∵c方向上有四重反軸h00衍射中，h=奇數(shù)時出現(xiàn)系統(tǒng)消光，那么在平行于a方向上有21螺旋軸在垂直于a+b方向，如有c滑移面，應在003，005等衍射方向有消光現(xiàn)象，但實際沒有,所以沒有c滑移面.只有對稱面m.⑸、公式sin2θ=(λ/2a)2(h2+k2+l2)對112衍射，sin2θ112=(1.5418/2×5.76)2(12+12+22)θ=22.21o對121衍射，sin2θ121=(1.5418/2×5.76)2(12+22+12)θ=20.17o對211衍射，sin2θ211=(1.5418/2×5.76)2(22+12+12)θ=20.17o(6)、公式4θ=(2L×180)/(R×Π)2L112=(4θ×RΠ)/180=(4×22.21×5×Π)/180=7.751cm2L121=(4θ×RΠ)/180=(4×20.17×5×Π)/180=7.039cm2L211=(4θ×RΠ)/180=(4×20.17×5×Π)/180=7.039cm第二章1、天然或絕大局部人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如，在某種氧化鎳晶體中就存在這樣的缺陷：一個Ni2+空缺，另有兩個Ni2+被兩個Ni3+所取代。其結果晶體仍然呈電中性，但化合物中Ni和O的原子個數(shù)比發(fā)生了變化。試計算樣品組成為Ni0.97O時該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比。解：設晶體中Ni3+的離子數(shù)為a，Ni2+的離子數(shù)為b。根據(jù)題意：答：該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比為6：91。2、氧化鐵Fex0(富士體)為氯化鈉型結構，在實際晶體中，由于存在缺陷，x＜1。今有一批氧化鐵，測得其密度為5.7g/cm3，用MoKα射線〔λ=71.07pm〕測得其面心立方晶胞衍射指標為200的衍射角θ=9.56°〔sinθ=0.1661,Fe的相對原子質量為55.85〕?！瞐〕計算Fex0的面心立方晶胞參數(shù)。〔b〕求x值?！瞔〕計算Fe2+和Fe3+各占總鐵質量的質量分數(shù)?！瞕〕寫出說明鐵的價態(tài)的化學式。解：〔a〕〔c〕設0.92mol鐵中Fe2+的摩爾數(shù)為y，那么Fe3+的摩爾數(shù)為〔0.92-y〕，根據(jù)正負離子電荷平衡原那么可得：即Fe2+和Fe3+的摩爾數(shù)分別為0.76和0.16，他們在總鐵中的摩爾百分數(shù)分別為：〔d〕富士體氧化鐵的化學式為。3、NiO晶體為NaCl型結構，將它在氧氣中加熱，局部Ni2+將氧化為Ni3+，成為NixO(x＜1)。今有一批NixO，測得其密度為6.47，用波長λ=154pm的X射線通過粉末法測得立方晶胞111衍射指標的θ=18.71°〔sinθ=0.3208〕?！睳i的相對原子質量為58.70〕1molg??〔a〕計算NixO的立方晶胞參數(shù)；〔b〕算出x值，寫出標明Ni的價態(tài)的化學式?！瞔〕在NixO晶體中，O2-堆積方式怎樣？Ni在此堆積中占據(jù)哪種空隙？占有率〔即占有分數(shù)〕是多少？〔d〕在NixO晶體中，Ni-Ni間最短距離是多少？解：〔a〕NixO的立方晶胞參數(shù)為：〔b〕因為NixO晶體為NaCl型結構，可得摩爾質量M：而NixO的摩爾質量又可以表示為：由此解得：x=0.92。設0.92mol鎳中有ymolNi2+，那么有〔0.92-y〕molNi3+。根據(jù)正負離子電荷平衡原那么，有：2y+3(0.92-y)=2y=0.760.92-0.76=0.16所以該氧化鎳晶體的化學式為：(c)晶體既為NaCl型結構，那么O2-2-的堆積方式與NaCl中的Cl-的堆積方式相同，即為立方最密堆積。鎳離子占據(jù)由O2-圍成的八面體空隙。而鎳離子的占有率有92%?！瞕〕鎳離子分布在立方晶胞的體心和棱心上，Ni-Ni間最短距離即體心上和任一棱心上2個鎳離子間的距離，它等于：Ni-Ni間最短距離也等于處在交于同一頂點的2條棱中心上的2個鎳離子間的距離，即：4、試述玻璃的結構特征及其通性。參考：玻璃的內(nèi)部結構無長程周期性。一般公認的玻璃態(tài)SiO2的結構是由1932年Zachariasen提出的無規(guī)那么網(wǎng)絡學說，并在1936年被Wanen以X射線衍射工作所支持。該理論認為玻璃的結構中包含許多小的結構單位〔如由中心的硅和四角的4個氧通過共價鍵結合而成的SiO44-四面體〕，這些小結構單位彼此之間可以鍵合成鏈狀，或由其它金屬離子沿頂角鍵合，連結成很不規(guī)那么的三維網(wǎng)絡。此結構缺少對稱性或長程有序性，為保持電中性，每個角頂氧原子僅在兩個四面體之間公用，因而該結構是頗為開敞的。玻璃的特性主要表現(xiàn)在：①沒有固定的熔點②各向同性③內(nèi)能高④沒有晶界⑤無固定形態(tài)⑥性能可設計性6、試述晶子學說與無規(guī)那么網(wǎng)絡學說的主要觀點，并比擬兩種學說在解釋玻璃結構上的共同點和分歧。參考：晶子學說：認為玻璃由無數(shù)“晶子”組成，帶有點陣變形的有序排列區(qū)域，分散在無定形介質中，晶子區(qū)到無定形區(qū)無明顯界限。在這些模型中，人們假定其中存在著極小的有序區(qū)或微晶體，他們被無序區(qū)連接到一起。無規(guī)那么網(wǎng)絡學說：該理論認為玻璃的結構中包含許多小的結構單位〔如由中心的硅和四角的4個氧通過共價鍵結合而成的SiO44-四面體〕，這些小結構單位彼此之間可以鍵合成鏈狀，或由其它金屬離子沿頂角鍵合，連結成很不規(guī)那么的三維網(wǎng)絡。此結構缺少對稱性或長程有序性，為保持電中性，每個角頂氧原子僅在兩個四面體之間公用，因而該結構是頗為開敞的。詳見課本。7、鉀玻璃中K2CO3質量分數(shù)為18.4%，CaCO3質量分數(shù)為11.0%、SiO2質量分數(shù)為70.6%。計算三種氧化物的物質的量之比。假設需制造5.1t鉀玻璃，需用碳酸鉀、石灰石和二氧化硅各多少t？解：設鉀玻璃的質量為100g，那么K2CO3質量為18.4g，為18.4/138mol；CaCO3質量為11g，為11/100mol；SiO2質量為70.6g，為70.6/60mol。物質的量之比為1：0.825：8.825所以三種氧化物之比為1：0.825：8.825。假設制造5.1t鉀玻璃那么需用K2CO35.1×0.184=0.94tCaCO35.1×0.11=0.561tSiO25.1×0.706=3.6t8、什么是陶瓷，陶瓷有哪些特性？參考：陶瓷是指通過燒結包含有玻璃相和結晶相的特征的無機材料，一般由陶土或瓷土等硅酸鹽，經(jīng)過成型燒結，局部熔融成玻璃態(tài)，通過玻璃態(tài)物質將微小的石英和其它氧化物晶體包裹結合而成。陶瓷包括了陶器和瓷器，陶器是多孔透氣的、強度較低的產(chǎn)品，此其時加了釉層、質地致密而不透氣的、強度較高的產(chǎn)品。陶瓷具有以下性能特征：〔1〕力學性能：耐磨性、高強度難變形性、超高硬度等；〔2〕熱血性能：耐熱性、隔熱性、導熱性等；〔3〕光學性能：透光性、偏光透光性等；〔4〕電學和瓷學性能：絕緣性、導電性、離子導電性、壓電性、介電性、磁性等；〔5〕生物和化學性能：生物體相容性、耐化學腐蝕性等。9、液晶結構中的哪些特點使其得以廣泛應用？參考：見教材2.4第三章1、指出金屬中鍵型和結構的主要特征。為什么可將金屬單質的結構問題歸結為等徑圓球的密堆積問題？答：〔1〕金屬中鍵型是金屬鍵，由于金屬元素的電負性一般都比擬小，電離能也較小，最外層家電子很容易脫離原子的束縛而在金屬晶粒中由各個正離子形成的勢場中比擬自由的運動，形成自由電子。金屬晶體中各金屬原子的價電子公有化于整個金屬大分子，所有成鍵點子可在整個聚集體中流動，而共同組成了離域的N中心鍵。在金屬晶體中沒有定域的雙原子鍵，也不是幾個原子間的離域鍵，而是所有原子都參加了成鍵，這些離域電子在三維空間中運動，離域范圍很大?！?〕因為整個金屬單質晶體可以看作是同種元素的金屬正離子周期性排列而成，這些正離子的最外層電子結構都是全充滿或半充滿狀態(tài)，他們的電子分布根本上是球形對稱的；而同種元素的原子半徑都相等，因此可以把他們看成是一個個等徑圓球。又因為金屬鍵無飽和性和方向性，金屬原子在組成晶體時，總是趨向于形成密堆積的結構，其特點是堆積密度大，相互的配位數(shù)高，能夠充分利用空間，整個體系能量最低。所以可以用等圓球密堆積的模型來描述金屬結構。2、指出A1型和A3型密堆積結構的點陣形式與晶胞中球的數(shù)目，并寫出球的分數(shù)坐標。答：A1型為立方F，晶胞中球的數(shù)目為4。球的分數(shù)坐標A3型為六方P格子，晶胞中的球的數(shù)目為2。求的分數(shù)坐標為3、試比擬A1和A3型結構的異同，指出A1和A3型結構中密置層相應的晶面指標。答：A1型結構重復周期為三層，可畫出面心立方晶胞，為立方最密堆積。重復方式為ABCABC……。A3性結構重復周期為二層，可畫出六方晶胞，為劉方最密堆積。重復方式為ABAB……A1、A3型堆積中原子的配位數(shù)皆為12，中心原子與所有配位原子都接觸，同層6個，上下兩層各3個。所不同的是，A1型堆積中，上下兩層配位原子沿C3軸的投影相差60度呈C6軸的對稱性，而A3堆積中，上下兩層配位原子沿c軸的投影互相重合。在這兩種最緊密堆積中，球間的空隙數(shù)目和大小也相同。附表：金屬的結構型式A1A2A3原子的堆積系數(shù)74.05%68.02%74.05%所屬晶系立方立方六方晶胞形式面心立方體心立方六方晶胞中原子的坐標參數(shù)0，0，0；0,,；,,0;,0,0，0，0；,,0，0，0；,,晶胞參數(shù)與原子半徑的關系a=Ra=Ra=b=2Rc=R點陣形式面心立方體心立方簡單六方4、計算A2，A3型密堆積結構中圓球的空間占有率。解：見上表。5、用固體能帶理論說明什么是導體、半導體、絕緣體？參考：金屬離子按點陣結構有規(guī)那么的排列著，每一離子帶有一定的正電荷。電子在其間運動時與正離子之間有吸引勢能，而且電子所處的位置不同，與正離子之間的距離不同，勢能的大小就不同。因此，電子實際是在一維周期性變化的電場中運動。電子除直線運動外，在正電荷附近還要做輕微的振動。當電子的deBroglie波在晶格中進行時，如果滿足Bragg條件nλ=2dsinθ時，要受到晶面的反射，因而不能同過晶體，使原有能級一分為二，這種能級突然上升和下降時能帶發(fā)生斷裂。已充有電子，能帶完全被電子所充滿叫滿帶。帶中無電子，叫空帶。能帶中有電子單位充滿叫導帶。各能帶的間隙是電子不能存在的區(qū)域，叫禁帶。在導體中，具有導帶。在外電場作用下，導帶中的電子改變了在該能帶不同能級間的分布狀況，產(chǎn)生了電子流。絕緣體的特征是只有滿帶和空帶，而且禁帶很寬。滿帶與空帶的能級差大于5eV，一般的激發(fā)條件下，滿帶中的電子不能躍入空帶，即不能形成導帶。這就是絕緣體不能導電的原因。半導體的特征也是只有滿帶和空帶，但滿帶與空帶間的禁帶距離很窄，一般小于3eV。在一般的激發(fā)條件下，滿帶中的電子較易躍入空帶，使空帶中有了電子，滿帶中有了空穴，都能參與導電。由于需克服禁帶的能量間隙，電子跳躍不如導帶那樣容易，因而電阻率也比導體高得多。9、單質Mn有一種同素異構體為立方結構，其晶胞參數(shù)為632pm，密度，原子半徑r=112pm，計算Mn晶胞中有幾個原子，其空間占有率為多少？解：∵Mn為立方結構，∴∴設晶胞中有n個原子，∴n=20答：Mn晶胞中有20個原子，其空間占有率為46.6%。11、固溶體與溶液有何異同？固溶體有幾種類型？參考：所謂金屬固溶體，就是兩種或多種金屬或金屬化合物相互溶解組成的均勻物相，其中組分的比例可以改變而不破壞均勻性。少數(shù)非金屬單質如H、B、C、N等也可溶于某些金屬，生成的固溶體仍然具有金屬特性。存在三種結構類型不同的固溶體：置換固溶體、間隙固溶體、缺位固溶體。第四章1、試用熱化學求KCl晶體的點陣能，所需要的數(shù)據(jù)如下表所示。物理量ΔH生成ΔH升華IKΔH分解YCl數(shù)值/kJ·mol-1-43584418243-368解：根據(jù)Hess定律2、KCl晶體具有NaCl型結構，晶胞棱長628pm。試計算KCl晶體的點陣能，并與上題所求的結果比擬。解：根據(jù)將NA、e、ε0等按國際單位所給數(shù)值代入，得KCl具有NaCl晶型，即A=1.748，又Z+=Z—=1，=9所以3、從理論計算公式計算NaCl與MgOde晶格能。MgO的熔點為2800℃，NaCl為801℃，請說明這種差異的原因。解：NaCl、MgO同屬于NaCl型結構，根據(jù)將NA、e、ε0等按國際單位所給數(shù)值代入對于NaCl，R0=279pm=2.79×10-10mZ+=Z-=1m=〔7+9〕/2=8所以對于MgO，R0=210pm=2.10×10-10mZ+=Z-=2m=〔7+7〕/2=7所以參考：晶格能的大小，可以表示離子鍵的強弱。晶格能越大，表示離子鍵越強，離子晶體的熔點也就越高。因為UMgO＞UNaCl,，所以mpMgO＞mpNaCl。4、為什么可將離子晶體的結構歸于不等徑圓球密堆積的問題？參考：離子晶體的結構多種多樣，而且有的很復雜。但復雜的離子晶體結構一般都是典型的簡單結構形式的變形，故可將離子晶體的結構歸結為幾種典型的結構形式。5、如何正確理解離子半徑的概念？離子半徑是不是常數(shù)？它與哪些因素有關？參考：假設將離子近似的看作具有一定半徑的彈性球，兩個相互接觸的球形離子的半徑之和即等于核間的平衡距離，這就是一般所說的離子半徑的意義。離子半徑本來應該是指離子電子云的分布范圍，但是按照量子力學計算，離子的電子云密度是無窮的，因此嚴格的說，一個離子的半徑是不定的，它和離子所處的特定條件有關。6、試比擬Pauling半徑和Goldschmidt半徑的異同。參考：見教材。8、試就負離子堆積方式與正離子所占間隙的種類與分數(shù)比擬NaCl型與ZnS型結構之異同，比擬CsCl和CaF2型結構之異同。答：結構類型負離子堆積方式正離子填隙種類和分數(shù)類型分數(shù)NaClA1正八面體1ZnS立方A1正四面體1/2六方A3正四面體1/2CsCl簡單立方立方體1CaF2簡單立方立方體19、由離子半徑計算CsBr和NaBr的半徑比并推測晶體離子的配位數(shù)和晶體結構形式。答：晶體類型離子半徑比〔R+/R-〕晶體離子配位數(shù)正離子負離子晶體結構形式CsBr0.85288CsCl型NaBr0.52066NaCl型10、BeO和MgO晶體的結構分別屬于六方ZnS和NaCl型，試從離子半徑比與配位數(shù)關系推測BeO和MgO的晶體結構形式，并與實際結果進行比擬。答：晶體類型離子半徑比〔R+/R-〕晶體離子配位數(shù)正離子負離子推知晶體類型BeO0.32144六方ZnSMgO0.51466NaCl型11、表達Goldschmidt結晶化學定律，并扼要說明它的含意。參考：晶體的結構形式取決于其組成者的數(shù)量關系、大小關系和極化性能，組成者系指原子、離子或原子團。影響晶體結構形式包含以下幾個因素：〔1〕正負離子的相對大小〔半徑比R+/R-〕決定正離子配位數(shù)及配位多面體的型式。〔2〕正負離子的相對數(shù)量〔組成比n+/n-〕決定正負離子配位數(shù)之比及正離子所占空隙分數(shù)?！?〕離子的極化引起鍵形以及結構形式的變異12、什么是金屬原子半徑、離子半徑、共價半徑、vandewaals半徑，他們有何不同？舉例說明。參考：見教材。金屬原子半徑：用X射線衍射法可以測定金屬單質的結構，從金屬晶體的晶胞參數(shù)可以求出兩個鄰近金屬原子間的距離，他的一半就是原子半徑。金屬原子半徑隨配位數(shù)不同稍有變化，配位數(shù)高，半徑大。離子半徑：在離子晶體中，相鄰的正負離子間存在著靜電吸引力和離子外層電子云相互作用的排斥力，當這兩種作用力達成平衡時，離子間保持一定的接觸距離。假設將離子近似的看作具有一定半徑的彈性球，兩個相互接觸的球形離子的半徑之和即等于核間的平衡距離，這就是一般所說的離子半徑的意義。Vandewaals半徑：代表相鄰分子中原子之間最小接觸距離的平均值。13、CF4和PF3具有相同的電子數(shù)〔42個〕和相對分子質量〔88〕，但CF4的熔沸點〔-184℃，-128℃〕均較PF3〔-151.5℃，-101.5℃〕低，說明原因。答：CF4和PF3都有色散力。PF3是極性分子，除了具有色散力外還有靜電力和誘導力；而CF4是非極性分子，只有色散力。所以CF4的熔沸點均較PF3低。14、將水分子看作球體，并假設堆積系數(shù)〔空間占有率〕為0.6，液態(tài)水中每個水分子的半徑多大？答：液態(tài)水中1個水分子占據(jù)體積為30.0×10-24cm3〔由摩爾體積/NA得到〕設液態(tài)水中每個水分子半徑為r，那么15、試解釋為什么綠寶石〔Be3Al2[Si6O18]〕和透輝石〔CaMg[Si2O6]〕中的nSi:nO都為1：3，而前者為環(huán)狀結構，后者為鏈狀結構。參考：綠寶石的硅酸鹽骨架為分立型，結構中含有孤立的硅氧骨干[Si6O18]，由六個SiO4基的環(huán)存在于綠寶石中。透輝石的硅酸鹽骨架為鏈型，結構中每個[SiO4]四面體公用2個頂點，連成一無限長鏈。17、試畫出環(huán)氧乙烷的分子模型，估計他們的最小直徑，3A型分子篩的孔徑約為330pm，估計一下能否用作環(huán)氧乙烷的枯燥劑，如果改用5A型分子篩呢？答：原子CHO共價半徑〔pm〕773273范式半徑〔pm〕172120140電負性〔xp〕2.552.203.44用上列數(shù)據(jù)，按同〔異〕核鍵鍵長的計算方法，得有關鍵長數(shù)據(jù)如下：O-HC-OC-CC-H鍵長93.8142154105.9這些計算值與實驗測定值有的接近，有的差異較大，以下圖分子形狀是按實測鍵參數(shù)和范式半徑畫出來的由圖可見，水分子和環(huán)氧乙烷分子的最小直徑約為320pm和440pm。因此，水分子能夠進入3A分子篩孔道而環(huán)氧乙烷不能。所以，3A分子篩對環(huán)氧乙烷有枯燥作用。但由于水分子的最小直徑與3A分子篩孔徑相差較小，因此脫水效果不會太好。5A分子篩的孔徑和環(huán)氧乙烷分子最小直徑非常接近，有可能也吸附環(huán)氧乙烷，因此不適用來枯燥環(huán)氧乙烷。18、羥基苯甲酸亦稱水楊酸，鄰位結構熔點是159℃，間位結構熔點是201.3℃，對位結構熔點是213℃，試用氫鍵解釋。參考：分子間生成氫鍵，熔點會上升；分子內(nèi)生成氫鍵，一般熔點會降低。水楊酸的鄰位結構形成六元環(huán)的分子內(nèi)氫鍵，熔點159℃，而生成分子間氫鍵的間位和對位結構熔點分別為201.3℃和213℃。19、答復以下有關A型分子篩的問題：〔a〕寫出3A，4A，5A型分子篩的化學組成表達式及其用途；〔b〕最大孔窗由幾個Si和幾個O原子圍成？〔c〕最大孔穴〔籠〕是什么籠？直徑大約多大？〔d〕簡述篩分分子的機理。答：〔a〕分子篩是一種天然或人工合成的泡沸石型硅鋁酸鹽晶體。已發(fā)現(xiàn)的天然沸石約有40余種，主要是絲光沸石、斜發(fā)沸石、方沸石和鈣十字沸石等。人工合成的沸石計有100余種，其中A型、X型、Y型和ZSM型分子篩已在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中發(fā)揮著重要作用。人工合成的A型、X型和Y型等分子篩的化學組成可用通式Mr(AlpSiqO2(P+Q))·mH2O表示。由該通式可見，Al3+和Si4+的數(shù)目之和為O2-數(shù)的一半，這說明這幾類分子篩都具有骨架型結構。在一般情況下，Al3+數(shù)比Si4+數(shù)小。假設Al3+數(shù)超過Si4+數(shù)，那么會在結構中出現(xiàn)[AlO4]四面體直接相連的情況，由于Al-O靜電鍵強度小于Si-O靜電鍵度，這會削弱骨架強度。通常，為使分子篩熱穩(wěn)定性好、耐酸性強，總是希望硅鋁比高些?；瘜W通式中的M是骨架外的金屬離子。為保持分子篩呈電中性，假設M是一價離子，那么r=p，即在骨架中引入一個Al3+代替Si4+，那么在骨架外就引入一個一價正離子。假設M為二價離子，那么r=p/2，等等。A型分子篩主要有3種，即3A，4A和5A型分子篩。4A分子篩是A型分子篩鈉鹽，屬于立方晶系，晶胞參數(shù)a=2464pm，晶胞的組成為Na96(Al96Si96O384)·216H2O。假設不考慮Al3+和Si4+位置的差異，那么可劃分出體積只有原晶胞體積1/8〔即晶胞參數(shù)只有原晶胞參數(shù)的1/2〕、組成為Na12(Al12Si12O48)·27H2O的“假”晶胞。這種A型分子篩的有效孔徑約4?，故稱為4A分子篩或NaA分子篩。假設用K+代替Na+，由于K+的半徑比Na+的半徑大，分子篩的有效孔徑減小至3?左右，稱為3A型分子篩或KA型分子篩。其化學組成為K12(Al12Si12O48)·27H2O。當用Ca2+代替Na+時，由于Ca2+的電價是Na+的2倍，因而Ca2+的數(shù)目是被其取代的Na+一半。而Ca2+的半徑和Na+的半徑相近，他優(yōu)先占據(jù)六元環(huán)的位置。當晶胞中約有2/3的Na+被取代時，八元環(huán)不再為骨架外的離子所占，這是分子篩八元環(huán)的有效孔徑增大至約5?，成為5A分子篩或CaA型分子篩，其典型組成為Ca4Na4(Al12Si12O48)·27H2O。如前所述，分子篩已在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中發(fā)揮著重要作用。5A分子篩可用于石油脫蠟，使油品凝固點降低，別離出的正烷烴可作為洗滌劑原料。它還可用于氣體或液體的深度枯燥及氣體的純化。也可用來別離甲烷、乙烷和丙烷。4A分子篩是制備5A分子篩和3A分子篩的原料，它可用于氣體和液體的深度枯燥和純化。3A分子篩用于深度枯燥乙烯和丙烯等氣體。分子篩對水的吸附能力很強，吸附容量很大，可將空氣中水的含量從4000ppm降至10ppm。此外，A型分子篩不潮解、不膨脹、不腐蝕、不污染、可再生，是理想的吸附劑、枯燥劑和別離劑，某些A型分子篩還可作為一些化學反響的催化劑?！瞓〕將一正八面體分別沿著垂直于C4軸的方向削去頂角，所得到的多面體稱為立方八面體。削去6個頂點得到6個四邊形，而原來的8個三角形都變成了六邊形，所以立方八面體是一個十四面體，有24個頂點、36條棱?？煽醋饔闪⒎襟w和八面體圍聚而成。在分子篩結構中，硅〔鋁〕氧四面體通過頂點上的O2-互相連接形成環(huán)，環(huán)上的四面體再通過頂點上的O2-互相連接形成三為骨架。在骨架中形成了許許多多的面體空穴，常稱為“籠”。A型分子篩就是由立方八面體籠、α籠和立方體籠構成的。立方八面體籠又稱為β籠或方鈉石籠。其幾何結構特征可用上述的立方八面體模擬。籠的平均有效直徑為660pm，有效體積約4.1×10-18cm3。將β籠放在立方體的8個頂點上，籠和籠通過立方體相連，那么8個β籠相連后形成一個α籠，此即A型分子篩的結構。α籠是一個二十六面體，由12個四元環(huán)、8個六元環(huán)和6個八元環(huán)組成，共有48個頂點，72條棱。A型分子篩的最大窗口是八元環(huán)，由8個硅〔鋁〕氧四面體構成。八元環(huán)包含8個硅〔鋁〕氧離子和8個氧離子。該八元環(huán)的有效孔徑約為420pm。假設把環(huán)看成正多邊形，那么八元環(huán)的直徑可按圖估算?！瞔〕如前所述，8個β籠通過立方體互相連接形成α籠。它是A型分子篩最大的空穴，平均有效直徑為1140pm,有效體積為4.4×10-16cm3?！瞕〕脫水后的分子篩具有空曠的骨架型結構，在結構中有許多孔徑均勻的通道和排列整齊、內(nèi)外表很大的空穴?？讖酱笮?shù)量級與一般分子相當，它只允許直徑比孔徑小的分子進入，直徑比孔徑大的分子被拒之門外，從而將大小、形狀不同的恩資分開，起篩分分子的作用，故而得名。第5章習題答案1、一聚合物樣品的元素分析結果為n(C):n(H):n(O)=2:4:1，試分析可能是什么聚合物？

單體：CH2

=

CHOH

聚乙烯醇。結構式：-[CH2-CH]n-

OH

CH3CH0

CH2-CH2

O

2、聚甲基丙烯酸甲酯與聚丙烯酸甲酯哪一個較為柔順？

答：聚丙烯酸甲酯的柔順性比和聚甲基丙烯酸甲酯要好。

高分子在運動時C-C單鍵在保持鍵長和鍵角不變的情況下可繞軸任意旋轉，稱之為單鍵的內(nèi)旋轉。高分子鏈能夠通過內(nèi)旋轉作用改變其構象的性能稱為高分子鏈的柔順性。高分子鏈能形成的構象數(shù)越多，柔順性越大。

由于分子內(nèi)旋轉是導致分子鏈柔順性的根本原因，而高分子鏈的內(nèi)旋轉又受其分子結構的制約，因而分子鏈的柔順性與其分子結構密切相關，其中主鏈結構、側基和鏈的長度都起作用。在C-C鍵上帶有其他原子或基團時，由于這些原子和基團之間存在著一定的相互作用，會阻礙單鍵的內(nèi)旋轉，所以柔順性降低。3、說出分子間力主要是：A：色散力；B：偶竭力；C：氫鍵的聚合物名稱。答：〔1〕主要是色散力的聚合物：聚乙烯等；〔2〕主要是偶竭力的聚合物：聚氯乙烯等；〔3〕主要是氫鍵的聚合物：聚乙烯醇、纖維素等。4、非晶態(tài)聚合物在不同溫度下的力學狀態(tài)有何特點？答：非晶態(tài)聚合物在不同溫度下，可以呈現(xiàn)三種不同的力學狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，這三種力學狀態(tài)是聚合物分子微觀運動特征的宏觀表現(xiàn)。玻璃態(tài)聚合物在升高到一定溫度時可以轉變?yōu)楦邚棏B(tài)，這一轉變溫度稱為玻璃化轉變溫度，或簡稱玻璃化溫度，當升溫到粘流溫度時，由高彈態(tài)轉為粘流態(tài)。5、簡要說明逐步聚合反響的特征。答：逐步聚合反響是由單體及不同聚合度的中間產(chǎn)物之間通過官能團之間的逐步反響來聚合的，具有以下幾個特征：〔1〕逐步聚合反響是由假設干個聚合反響構成的，是逐步進行的，反響可以停留在某一階段上，可得到中間產(chǎn)物；〔2〕縮聚產(chǎn)物鏈節(jié)的化學結構與單體的不完全相同；〔3〕在縮聚過程中總有小分子副產(chǎn)物析出；〔4〕相對分子質量隨轉化率增高而逐步增大，只有在高轉化率才能生成高相對分子質量的聚合物，這是逐步聚合反響區(qū)別小分子縮合反響的一個重要特征。6、導電高分子一般具有何種結構？它有什么特點？答：導電高分子材料的共同特征是內(nèi)都必須具備長程共軛的主鏈，即具有交替的單鍵、雙鍵共軛結構。共軛p鍵成鍵和反鍵能帶之間的能隙差較小〔1.5～3eV〕，接近于普通無機半導體的能隙，所以共軛聚合物大多具有半導體的特性。共軛結構的聚合物容易被氧化或復原而實現(xiàn)所謂“摻雜”，使其電導率增加假設干個數(shù)量級，接近于金屬的電導率。7、醫(yī)用高分子材料的要求是什么？生物醫(yī)用高分子材料有何特殊性？答：〔1〕耐生物老化。?！?〕物理和力學性能好。〔3〕便于消毒和滅菌，易于加工，材料價格適當。4〕生物相容性好。(1)血液相容性(2)組織相應性〔3〕醫(yī)用高分子材料的生物降解吸收性。2.聚丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸甲酯哪一個較為柔順.高聚物的玻璃化溫度大小比擬如下聚甲基丙烯酸甲酯>聚丙烯酸甲酯8.比擬以下兩種聚合物的柔順性，并說明為什么。解：聚氯丁二烯的柔順性好于聚氯乙烯，所以前者用作橡膠而后者用作塑料。聚氯乙烯有極性的側基Cl，有一定剛性。聚氯丁二烯雖然也的極性取代基Cl，但Cl的密度較小，極性較弱，另一方面主鏈上存在孤立雙鍵，孤立雙鍵相鄰的單鍵的內(nèi)旋轉位壘較小，因為：①鍵角較大〔120°而不是109.5°〕；②雙鍵上只有一個H或取代基，而不是兩個。列舉出四種商業(yè)上最常見的熱塑性塑料,并且說明他們的用途聚丙烯PP最輕的塑料,機械強度比PE高,電器,耐水常見制品：盆、桶、家具、薄膜、編織袋、瓶蓋、汽車保險杠等。聚苯乙烯PS在未著色時透明。制品落地或敲打，有金屬似的清脆聲，光澤和透明很好，類似于玻璃，性脆易斷裂，用手指甲可以在制品外表劃出痕跡。改性聚苯乙烯為不透明。常見制品：文具、杯子、食品容器、家電外殼、電氣配件等聚氯乙烯PVC強度好,電器絕緣性，耐熱性高常見制品：板材、管材、鞋底、玩具、門窗、電線外皮、文具等聚對苯二甲酸乙二醇酯PET透明度很好，強度和韌性優(yōu)于聚苯乙烯和聚氯乙烯，不易破碎。常見制品：常為瓶類制品如可樂、礦泉水瓶等第6章習題答案納米的根本涵義是什么?簡述為什么納米材料會表現(xiàn)出許多前所未有的新特性?答：納米材料是指晶粒尺寸為納米級(10-9米)的超細材料。它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般為100~102nm。它包括體積分數(shù)近似相等的兩個局部：一是直徑為幾個或幾十個納米的粒子二是粒子間的界面。前者具有長程序的晶狀結構，后者是既沒有長程序也沒有短程序的無序結構。由于納米材料具有顆粒尺寸小、比外表積大、外表能高、外表原子所占比例大等特點，納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學特性，如原本導電的銅到某一納米級界限就不導電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級界限時開始導電。即納米材料顯現(xiàn)出納米效應，具體表現(xiàn)為三大效應：外表效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。由于納米效應，納米材料光學、熱學、電學、磁學、力學乃至化學性質也就相應地發(fā)生十分顯著的變化。因此納米材料具備其它一般材料所沒有的優(yōu)越性能，可廣泛應用于電子、醫(yī)藥、化工、軍事、航空航天等眾多領域，在整個新材料的研究應用方面占據(jù)著核心的位置。納米材料可分為哪幾類?答：納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發(fā)時間最長、技術最為成熟，是生產(chǎn)其他三類產(chǎn)品的根底。納米粉末又稱為超微粉或超細粉，一般指粒度在100納米以下的粉末或顆粒，是一種介于原子、分子與宏觀物體之間處于中間物態(tài)的固體顆粒材料。納米纖維指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料。納米膜分為顆粒膜與致密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起，中間有極為細小的間隙的薄膜。致密膜指膜層致密但晶粒尺寸為納米級的薄膜。納米塊體是將納米粉末高壓成型或控制金屬液體結晶而得到的納米晶粒材料。比擬小尺寸效應和量子尺寸效應。答：納米顆粒的小尺寸所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。當納米材料中的微粒尺寸小到與光波波長或德布羅意波波長、超導態(tài)的相干長度等物理特征相當或更小時，晶體周期性的邊界條件被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒外表層附近原子密度減小，使得材料的聲、光、電、磁、熱、力學等特性表現(xiàn)出改變而導致出現(xiàn)新的特性。當粒子尺寸下降到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散的現(xiàn)象，以及納米半導體微粒存在不連續(xù)的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)能級和最低空軌道(LUMO)能級而使能隙變寬的現(xiàn)象，均稱為量子尺寸效應。什么是室溫超塑性？為什么納米陶瓷有望實現(xiàn)室溫超塑性？答：超塑性是指材料在斷裂前產(chǎn)生很大的伸長量，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在經(jīng)受中溫(0.5Tm)、中等到較低的應變速率(10-6～10-2s-1)條件下的細晶材料中。目前，形變率達100％的張應力超塑性比擬常見，最大的形變高達800％。陶瓷超塑性的主要問題是形變率太大而缺乏以進行實際的應用，另外盡管人們發(fā)現(xiàn)在Y-TZP、Al2O3、Si3N4等陶瓷材料高溫時(1100～1600℃)具有超塑性，但室溫超塑性仍然未見報道。一般認為陶瓷具有超塑性應該具有兩個條件，一是較小的粒徑，二是快速的擴散途徑(增強的晶格、晶界擴散能力)。納米陶瓷具有較小的晶粒及快速的擴散途徑，所以有望實現(xiàn)室溫超塑性。最近研究發(fā)現(xiàn)，隨著粒徑的減少，納米TiO2和ZnO陶瓷的形變率敏感度明顯提高。由于這些試樣氣孔很少，可以認為這種趨勢是細晶陶瓷所固有的。最細晶粒處的形變率敏感度大約為0.04，幾乎是室溫下鉛的1/4，說明這些陶瓷具有延展性，盡管沒有表現(xiàn)出室溫超塑性，但隨著晶粒的進一步減小，這一可能是存在的。為什么在研究碳納米管的過程中，可以借鑒研究石墨的方法和技巧？石墨片卷繞成碳納米管的方式主要有哪幾種，有何區(qū)別？答：各種實驗說明，碳納米管的管壁是一種類似于石墨片的碳六邊形網(wǎng)狀結構，但有扭曲，這就是說，碳納米管管壁由碳六邊形環(huán)構成，每個碳與周圍的三個碳原子相鄰，碳與碳之間通過sp2雜化鍵結合，展開在平面上，實際上就是石墨片的結構。所以簡單地說，碳納米管可以看成是由石墨片卷成圓筒狀而成的。石墨片卷成圓筒狀的方式并不是唯一的，不同的卷繞方式所得到的碳納米管的對稱性不同，物理和化學性質也可能不同。高度旋轉對稱的碳納米管，主要有兩種方式，即扶手椅面方向和鋸齒面方向旋轉而成的碳納米管。簡述碳納米管電學性質與其結構的關系。答：碳納米管具有獨特的電學性質，這是由于電子的量子限域所致，電子只能在單層石墨片中沿納米管的軸向運動，徑向運動受到限制，因此，它們的波矢是沿軸向的。所有的單臂碳納米管是金屬性的，手性和鋸齒納米管中局部為金屬，局部為半導體性的。計算結果說明，共軸的金屬-半導體和半導體-金屬納米管對是穩(wěn)定的。因此，納米尺度元件可在兩個共軸納米管或納米管之間的結的根底上設計?？梢韵胂蠹{米尺度電子元件可完全由碳末做成，這種元件同時具有金屬和半導體性質。說明溶膠-凝膠法的原理及根本步驟。答：溶膠-凝膠法是一種新興起的制備陶瓷、玻璃等無機材料的濕化學方法。其根本原理是：易于水解的金屬化合物(無機鹽或金屬醇鹽)在某種溶劑中與水發(fā)生反響，經(jīng)過水解與縮聚過程逐漸凝膠化，再經(jīng)枯燥燒結等后處理得到所需材料，根本反響有水解反響和聚合反響。這種方法可在低溫下制備純度高、粒徑分布均勻、化學活性高的單多組分混合物(分子級混合)，并可制備傳統(tǒng)方法不能或難以制備的產(chǎn)物，特別適用于制備非晶態(tài)材料。溶膠-凝膠法制備過程中以金屬有機化合物(主要是金屬醇鹽)和局部無機鹽為前驅體，首先將前驅體溶于溶劑(水或有機溶劑)形成均勻的溶液，接著溶質在溶液中發(fā)生水解(或醇解)，水解產(chǎn)物縮合聚集成粒徑為1nm左右的溶膠粒子(sol)，溶膠粒子進一步聚集生長形成凝膠(gel)。有人也將溶膠-凝膠法稱為SSG法，即溶液-溶膠-凝膠法納米固體中納米微粒結構可以有哪些形態(tài)？答：按照納米固體中納米微粒結構形態(tài)的不同，可將其分為納米晶體、納米非晶體和納米準晶體。包含的納米微粒為晶態(tài)的納米固體就是納米晶體。在顯微結構上，它有兩種組元：一種是晶體組元，其原子位于晶粒內(nèi)格點上；另一種是界面組元，原子位于晶粒間的界面上。它們都到達了納米量級尺度，因而又有納米微晶材料的說法。只是短程有序的非晶態(tài)納米微粒組成的納米固體稱為納米非晶體，而將只有取向對稱性的納米級準晶微粒彌散在基體中時，就可以得到納米準晶材料。納米晶體與一般多晶體的區(qū)別是什么？簡述納米晶材料的特點。答：納米晶體中晶界所占的體積分數(shù)比一般多晶體高。納米晶材料〔納米結構材料〕是由〔至少在一個方向上〕尺寸為幾個納米的結構單元〔主要是晶體〕所構成。不同取向的納米尺度小晶粒由晶界聯(lián)結在一起，由于晶粒極微小，晶界所占的比例就相應的增大。納米晶材料是一種非平衡態(tài)的結構，其中存在大量的晶體缺陷。納米結構材料因其超細的晶體尺寸〔與電子波長、平均自由程等為同一數(shù)量級〕和高體積分數(shù)的晶界〔高密度缺陷〕而呈現(xiàn)特殊的物理、化學和力學性能。納米晶微粒之間能產(chǎn)生量子輸運的隧道效應、電荷轉移和界面原子耦合等作用，故納米材料的物理性能也異常于通常材料。納米晶導電金屬的電阻高于多晶材料，因為晶界對電子有散射作用，當晶粒尺寸小于電子平均自由程時，晶界散射作用加強，電阻及電阻溫度系數(shù)增加。但納米半導體材料卻具有高的電導率，如納米硅薄膜的室溫電導率高于多晶硅3個數(shù)量級，高于非晶硅達5個數(shù)量級。納米晶材料的磁性也不同于通常多晶材料，納米鐵磁材料具有低的飽和磁化強度、高的磁化率和低的矯頑力。納米材料的超導臨界溫度和臨界電流的提高、特殊的光學性質、觸媒催化作用等也是引人注目的。何為納米組裝體系？目前主要有哪些納米組裝體系的研究？答：由人工組裝合成的納米結構材料體系稱為納米組裝體系，也叫納米尺度的圖案材料。它是以納米微粒以及它們組成的納米絲和管為根本單元，在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結構的體系。納米微粒、絲、管可以是有序或無序的排列，其特點是能夠按照人們的意愿進行設計，使整個體系具有人們所期望的特性，因而該領域被認為是材料化學和物理學的重要前沿課題。納米組裝體系又可以分為納米陣列體系、介孔組裝體系和薄膜鑲嵌體系。目前對納米陣列體系的研究，集中在由金屬納米微粒或半導體納米微粒在一個絕緣的襯底上整齊排列所形成的二維體系上。而納米微粒與介孔固體組裝體系由于微粒本身的特性以及與基體的界面耦合產(chǎn)生了一些新的效應，也使其成為研究熱點。第7章習題答案什么是金屬玻璃？分析金屬玻璃的結構特點和性能特點。答：將熔融的合金噴射到冷的銅板上，降溫速度在一百萬攝氏度每秒以上，由于冷凝速度極高，液態(tài)合金來不及形成結晶就凝固了，結果獲得了如同玻璃一樣的非晶態(tài)合金。用X射線衍射法進行測試，發(fā)現(xiàn)這種急冷的合金與平常的金屬不同，它不是晶體而是玻璃體，故非晶態(tài)合金又稱為金屬玻璃。這些非晶態(tài)金屬材料內(nèi)部原子作不規(guī)那么排列，這樣的結構特征使它具有許多晶態(tài)材料所沒有的性能。主要包括：(1)原子排列長程無序，這導致金屬玻璃的X射線衍射不會出現(xiàn)晶態(tài)金屬那樣的衍射線，也不存在亞微觀(即微米數(shù)量級)的各向異性(如磁疇結構等性質)。(2)短程有序，即金屬原子的周圍配位情況彼此相似，也和晶態(tài)中原子的情況相近。(3)無晶界，晶態(tài)金屬一般由微米量級的小晶粒組成，晶粒間存在晶界。從亞微觀來看金屬玻璃是均勻的固體，不存在晶粒和晶界，這一特點大大提高了金屬玻璃的力學性能和電磁性能，使它具有很高的強度，例如抗拉強度、硬度、斷裂強度和彈性模量等都比晶態(tài)合金強得多。金屬玻璃為非晶態(tài)結構，顯微組織均勻，不含晶界、位錯等缺陷，使腐蝕金屬的液體“無縫可鉆”，具有高度抗腐蝕性。(4)不穩(wěn)定性，金屬玻璃在熱力學上是不穩(wěn)定的，它有向晶態(tài)轉化的趨勢。(5)卓越的硬度和機械度，拉絲后纖維化的非晶態(tài)鐵鉭硅硼合金線材，拉伸強度高達400公斤每平方毫米，為鋼琴絲的1.4倍，為一般鋼絲的10倍。(6)優(yōu)越的磁學性能。按照硅氧四面體在空間的組合情況，硅酸鹽結構可以分成哪幾類？答：按照硅氧四面體在空間的組合情況，硅酸鹽結構可以分成島狀硅酸鹽、組群狀硅酸鹽、鏈狀硅酸鹽、層狀硅酸鹽和架狀硅酸鹽。什么是紅外輻射材料？什么是透紅外材料？它們各自有什么特點？答：理論上，在0K以上時，任何物體均可輻射紅外線，故紅外線是一種熱輻射，有時也叫熱紅外。但工程上，紅外輻射材料只指能吸收熱物體輻射而發(fā)射大量紅外線的材料。紅外輻射材料的輻射特性決定于材料的溫度和發(fā)射率。而發(fā)射率是紅外輻射材料的重要特征值，它是相對于熱平衡輻射體的概念。熱平衡輻射體是指當一個物體向周圍發(fā)射輻射時，同時也吸收周圍物體所發(fā)射的輻射能，當物體與外界進行能量交換慢到使物體在任何短時間內(nèi)仍保持確定溫度時，該過程可以看作是平衡的。透紅外材料指的是對紅外線透過率高的材料。對透紅外材料的要求，首先是紅外光譜透過率要高，透過的短波限要低，透過的頻帶要寬。透過率定義與可見光透過率相同，一般透過率要求在50％以上，同時要求透過率的頻率范圍要寬，透紅外材料的透射短波限，對于純晶體，決定于其電子從價帶躍遷到導帶的吸收，即其禁帶寬度。透射長波限決定于其聲子吸收，和其晶格結構及平均原子量有關。什么是發(fā)光材料？它的發(fā)光機理是什么？發(fā)光特征有哪些？答：發(fā)光是一種物體把吸收的能量，不經(jīng)過熱的階段，直接轉換為特征輻射的現(xiàn)象。發(fā)光現(xiàn)象廣泛存在于各種材料中，因此，發(fā)光材料品種很多，按激發(fā)方式可分為：光致發(fā)光材料、電致發(fā)光材料、陰極射線致發(fā)光材料、熱致發(fā)光材料、等離子發(fā)光材料。發(fā)光材料的發(fā)光中心受激后，激發(fā)和發(fā)射過程發(fā)生在彼此獨立的、個別的發(fā)光中心內(nèi)部的發(fā)光就叫做分立中心發(fā)光。它是單分子過程，有自發(fā)發(fā)光和受迫發(fā)光兩種情況。發(fā)光特征主要包括顏色特征、強度特征和持續(xù)時間特征。發(fā)光材料的發(fā)光顏色彼此不同，有各自的特征。已有發(fā)光材料的種類很多，它們發(fā)光的顏色也足可覆蓋整個可見光的范圍。一個材料的發(fā)光光譜屬于哪一類，既與基質有關，又與雜質有關。隨著基質的改變，發(fā)光的顏色也可改變。發(fā)光強度隨激發(fā)強度而變，通常我們用發(fā)光效率來表征材料的發(fā)光本領。發(fā)光效率有三種表示方法：量子效率、能量效率及光度效率。量子效率指發(fā)光的量子數(shù)與激發(fā)源輸入的量子數(shù)的比值；能量效率是指發(fā)光的能量與激發(fā)源輸入的能量的比值；光度效率指發(fā)光的光度與激發(fā)源輸入的能量的比值。最初發(fā)光分為熒光及磷光兩種。熒光是指在激發(fā)時發(fā)出的光，磷光是指在激發(fā)停止后發(fā)出的光。發(fā)光時間小于10-8s為熒光，大于10-8s為磷光。當時對發(fā)光持續(xù)時間很短的發(fā)光無法測量，才有這種說法?，F(xiàn)在瞬態(tài)光譜技術已經(jīng)把測量的范圍縮小到10-12s以下，最快的脈沖光輸出可短到8fs〔1fs=10-15s〕。所以，熒光、磷光的時間界限已不清楚。但發(fā)光總是延遲于激發(fā)的。何為光電效應？主要有哪些光電效應？答：物質由于受到光照而引發(fā)其某些電性質變化的這一現(xiàn)象稱為光電效應。光電效應主要有光電導效應、光生伏特效應和光電子發(fā)射效應三種。前兩種效應在物體內(nèi)部發(fā)生，統(tǒng)稱為內(nèi)光電效應，它一般發(fā)生于半導體中。光電子發(fā)射產(chǎn)生于物體外表，又稱外光電效應。它主要發(fā)生于金屬中。半導體有幾種分類方法，它們大致的分類結果是什么？答：按成分可將半導體分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體又可分為本征半導體和雜質半導體?；衔锇雽w又可分為合金、化合物、陶瓷和有機高分子四種半導體。在此，我們順便談一下什么是本征半導體、雜質半導體。半導體中價帶上的電子借助于熱、電、磁等方式激發(fā)到導帶叫做本征激發(fā)。本征半導體就是指滿足本征激發(fā)的半導體。利用雜質元素摻入純元素中，把電子從雜質能級激發(fā)到導帶上或者把電子從價帶激發(fā)到雜質能級上，從而在價帶中產(chǎn)生空穴的激發(fā)叫做非本征激發(fā)或雜質激發(fā)。滿足這種激發(fā)的半導體就稱為雜質半導體。按摻雜原子的價電子數(shù)半導體可分為施主型和受主型，前者摻雜原子的價電子多于純元素的價電子，后者正好相反。還可按晶態(tài)把半導體分為結晶、微晶和非晶半導體。此外，還有按能帶結構和電子躍遷狀態(tài)將半導體進行分類。簡單解釋超導現(xiàn)象。介紹一下目前主要研究的超導材料。答：1911年荷蘭物理學家翁奈在研究水銀低溫電阻時首先發(fā)現(xiàn)了超導現(xiàn)象。后來又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些金屬、合金和化合物在低溫時電阻也變?yōu)榱?，即具有超導現(xiàn)象。物質在超低溫下，失去電阻的性質稱為超導電性；相應的具有這種性質的物質就稱為超導體。超導體在電阻消失前的狀態(tài)稱為常導狀態(tài)；電阻消失后的狀態(tài)稱為超導狀態(tài)。按成分可將超導材料分為元素超導體、合金和化合物超導體，有機高分子超導體三類。現(xiàn)在的有24種元素具有超導性。除堿金屬、堿土金屬、鐵磁金屬、貴金屬外幾乎全部金屬元素都具有超導性。合金和化合物超導體包括二元、三元和多元的合金及化合物。組成可以是全為超導元素，也可以局部為超導元素、局部為非超導元素。有機高分子超導體主要是非碳高分子(SN)X。超導體有哪些物理性質？有哪些臨界參數(shù)？它們有什么內(nèi)在聯(lián)系？物理性質：零電阻現(xiàn)象和完全抗磁性〔邁斯納效應〕。臨界參數(shù)：臨界溫度Tc：超導體從常導態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度。臨界磁場Hc：使超導態(tài)的物質由超導態(tài)轉變?yōu)槌B(tài)時所需的最小磁場強度。臨界電流Ic：破壞超導電性所需的最大極限電流。三個臨界參數(shù)的關系：要使超導體處于超導狀態(tài)，必須將其置于三個臨界值Tc，Hc和Ic之下。三者缺一不可，任何一個條件遭到破壞，超導狀態(tài)隨即消失。其中Tc，Hc只與材料的電子結構有關，是材料的本征參數(shù)。解釋什么是能源轉換，簡單介紹人類對能源的使用歷史。答：能源轉換是改變能源物理形態(tài)的能源生產(chǎn)。一般指化石燃料、水能等一次能源直接或間接轉變?yōu)殡娔堋崮?、汽油、煤油、柴油、煤氣等二次能源。例如，水的勢能使水輪機運轉，水輪機帶動發(fā)電機而轉變?yōu)殡娔?；煤通過燃燒轉換為熱能，熱能產(chǎn)生蒸汽驅動汽輪機轉換為機械能，再帶動發(fā)電機轉換為電能。轉換后的二次能源比一次能源具有更高的終端利用效率，使用時更方便、更清潔。在有熱轉換的過程中，不可防止地會伴有轉換損失。例如，用一定量的煤來發(fā)電時，煤的有些能量將殘存在未燃盡的煤粒中，有些將以熱的形式從煙囪中損失掉或成為鍋爐或蒸汽管道的輻射熱而散發(fā)掉，有些以廢熱的形態(tài)失去，有些成為摩擦損失，剩下的局部轉變?yōu)殡娔?。所有這些能量加在一起等于煤完全燃燒所應釋放的能量。在研究能源轉換的問題時，不僅要注意能量的數(shù)量，還應注意能量的質量。人類對能源的利用主要有三次大轉換：第一次是煤炭取代木材等成為主要能源；第二次是石油取代煤炭而居主導地位；第三次是20世紀后半葉開始出現(xiàn)的向多能源結構的過渡轉換。人類利用能源的歷史可分為五大階段：火的發(fā)現(xiàn)和利用；畜力、風力、水力等自然動力的利用；化石燃料的開發(fā)和熱的利用；電的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用；原子核能的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用。什么是磁光效應？磁光材料可分為哪幾種，它們有什么應用？答：置于磁場中的物體，受磁場影響后其光學特性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁光效應。磁光效應有磁光法拉第效應、磁光克爾效應等。與電光材料相比，磁光材料的種類要少得多，在應用上也遠不如電光材料那樣普遍。磁光材料按其狀態(tài)可分為磁光晶體材料、磁光玻璃材料和磁光液體材料三種。磁光晶體材料是指在強磁場作用下，光學性質會發(fā)生變化的晶體。一類是具有磁致旋光效應的晶體，另一類是具有磁致雙折射效應的晶體。磁光晶體的典型代表為亞鐵磁性石榴石。還有很多磁性材料，具有突出的磁光效應，它們是尖晶石鐵氧體、正鐵氧體、鋇鐵氧體、二價銪的化合物、鉻的三鹵化物和一些金屬。磁光玻璃是具有較強磁光效應的玻璃，由基質玻璃中摻入一定量的稀土旋光離子所制成。因此，其結構上常由未成對成鍵電子的重原子或有大的自旋和軌道磁矩的磁性分子組成。它具有大的原子磁性或分子磁性，從而具有較大的磁光效應。有少數(shù)液體具有較為顯著的磁致雙折射效應，如水、丙酮、氯仿、苯等。由于這些液體的科頓-蒙頓常數(shù)比其他電光克爾常數(shù)小得多，故實際很少作為磁光介質來使用。什么是聲光效應？聲光材料如何分類？答：當聲波在介質中通過時，由于光彈效應，介質的密度隨聲波振幅的強弱而產(chǎn)生相應的周期性的疏密變化，它對光的作用猶如條紋光柵。此時光束假設以適當角度射入晶體內(nèi)即產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。這種聲致光衍射現(xiàn)象稱聲光效應。常用的聲光材料有聲光晶體，聲光玻璃和聲光液體三大類。聲光晶體是指具有聲光效應的晶體。除滿足光學晶體的一般要求外，聲光晶體還應具備品質因素大、聲吸收系數(shù)低、聲速及其對溫度的變化小等特點。聲光玻璃是指能產(chǎn)生強的聲光相互作用的玻璃。其性能要求是具有大的聲光相互作用品質因素，并有高的光學均勻性和低的光和聲損耗。聲光玻璃通常分為四類:熔石英；含重金屬離子玻璃；硫屬化合物玻璃；單質半導體玻璃。聲光液態(tài)材料主要是水和一些有機碘化物、有機溴化物。水的M2值最低，但因聲損耗小，仍然被認為是一種好的液態(tài)聲光介質。液態(tài)材料應用較少，常被一些性能優(yōu)良的固體聲光材料所代替。原子間的結合鍵共有幾種？各自特點如何？類型鍵合強弱形成晶體的特點離子鍵最強無飽和性和方向性:高配位數(shù)、高熔點、高強度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、固態(tài)不導電、熔態(tài)離子導電共價鍵強有飽和性和方向性:低配位數(shù)、高熔點、高強度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、在熔態(tài)也不導電金屬鍵較強無飽和性和方向性:配位數(shù)高、結構密堆、塑性較好、有光澤、良好的導熱、導電性氫鍵弱有飽和性和方向性；高分子化合物形成氫鍵數(shù)目巨大，對其熔點及力學等性能影響大；對小分子熔點、沸點、溶解性、黏度也有一定影響。范德華鍵最弱無飽和性和方向性:結構密堆、高熔點、絕緣2，計算體心立方結構和六方密堆結構的堆積系數(shù)(1)體心立方a：晶格單位長度R：原子半徑，n=2,∴(2)六方密堆n=6金屬鎳為A1型結構，原子間接觸距離為249.2pm，請計算：1〕Ni立方晶胞的參數(shù)；2〕金屬鎳的密度；3〕分別計算〔100〕、〔110〕、〔111〕晶面的間距。解：對于面心立方A1型:原子間接觸距離249.2pm=0.2492nm=2R,〔1〕,〔2〕金屬鎳的密度：〔3〕對于立方晶系，面間距公式為：因此有：(100)晶面間距:=0.3525nm(110)晶面間距:(111)晶面間距:nm試計算體心立方鐵受熱而變?yōu)槊嫘牧⒎借F時出現(xiàn)的體積變化。在轉變溫度下，體心立方鐵的晶格參數(shù)是0.2863nm，而面心立方鐵的點陣參數(shù)是0.359lnm。解:體心立方:V1=a3=(0.2863nm)3=0.02347nm3面心立方:V2=a3=(0.3591nm)3=0.04630nm3ΔV=V2-V1=0.02284nm3,因此體積增大0.02284nm35，固溶體與〔液體〕溶液有何異同？固溶體有幾種類型？固體溶液與液體溶液的共同點：均具有均一性、穩(wěn)定性，均為混合物，均存在溶解性問題〔對固態(tài)溶液稱為固溶度，對液體溶液稱為溶解度〕；1．均一性：溶液各處的密度、組成和性質完全一樣；2.穩(wěn)定性：溫度不變，溶劑量不變時，溶質和溶劑長期不會別離；3．混合物：溶液一定是混合物。固體溶液與液體溶液的不同點：固溶體的溶質和溶劑均以固體形式出現(xiàn)，而液體溶體的溶質和溶劑均以液體形式出現(xiàn)；固溶體：又稱固體溶液，指由一種或多種溶質組元溶入晶態(tài)溶劑，并保持溶劑晶格類型所形成的單相晶態(tài)固體。固溶體按固溶度分可兩種類型：有限固溶體與無限固溶體；按溶質原子在晶格中的位置可分為置換固溶體與填隙固溶體。6，試述影響置換固溶體的固溶度的因素?答：有原子或離子半徑大小，電價，化學鍵性質，晶體結構等因素。〔1〕原子或離子半徑大?。海<15%,形成連續(xù)固溶體；15%<Δr<30%,形成有限固溶體；Δr＞30%,難形成固溶體；〔2〕電價：兩種固體只有在離子價相同或同號離子的離子價總和相同時，才能滿足電中性要求，形成連續(xù)固溶體?！?〕化學鍵相近，易形成連續(xù)固溶體?！?〕晶體結構類型相同，易形成連續(xù)固溶體。7，試求以下圖中所示面的密勒指數(shù)A面：在x、y、z上的截距分別為x=0,y=∞,z=∞,故須平移，向x方向移動一晶格參數(shù)，此時，x=1,y=∞,z=∞,其倒數(shù)：1，0，0，故為A晶面指數(shù)為〔100〕〔倒數(shù)：1/2，-1/2，1，→互質整數(shù)：1，-1，2〕〔倒數(shù)：1，1，-4/3，→互質整數(shù)：3，3，-4〕8，用固體能帶理論說明什么是導體，半導體，絕緣體？答：固體的導電性能由其能帶結構決定。對一價金屬〔如Na〕，價帶是未滿帶，故能導電。對二價金屬〔如Mg〕，價帶是滿帶，但禁帶寬度為零，價帶與較高的空帶相交疊，滿帶中的電子能占據(jù)空帶，因而也能導電。絕緣體和半導體的能帶結構相似，價帶為滿帶，價帶與空帶間存在禁帶。禁帶寬度較小時〔0.1—3eV〕呈現(xiàn)半導體性質，禁帶寬度較大〔＞5eV〕那么為絕緣體。滿帶：充滿電子的能帶空帶：局部充滿或全空的能帶價帶：價電子填充的能帶禁帶：導帶及滿帶之間的空隙〔其中，空帶和價帶是導帶〕導體：價帶未滿，或價帶全滿但禁帶寬度為零，此時，電子能夠很容易的實現(xiàn)價帶與導帶之間的躍遷。半導體：價帶全滿，禁帶寬度在0.1-3eV之間，此時，電子可以通過吸收能量而實現(xiàn)躍遷。絕緣體：價帶全滿，禁帶寬度大于5eV，此時，電子很難通過吸收能量而實現(xiàn)躍遷9，有一根長為5m，直徑為3mm的鋁線，鋁的彈性模量為70Gpa，求在200N的拉力作用下，此線的總長度。10，試解釋為何鋁材不易生銹，而鐵那么較易生銹？答:銹蝕機理不同，前者為化學腐蝕，后者為電化學腐蝕鋁是一種較活潑的金屬，但因為在空氣中能很快生成致密的氧化鋁薄膜，所以在空氣中是非常穩(wěn)定的。鐵與空氣中的水蒸氣，酸性氣體接觸，與自身的氧化物之間形成了腐蝕電池，遭到了電化學腐蝕，所以容易生銹。11，為什么堿式滴定管不采用玻璃活塞？答：因為普通的無機玻璃主要含二氧化硅，二氧化硅是一種酸性的氧化物，在堿液中將會被溶解或侵蝕，其反響為：SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O12，Cs熔體的標準吉布斯自由能〔單位為J〕與溫度T〔單位為K〕的關系為ΔGom,Cs=2100-6.95T,求Cs的