材料化學(xué)習(xí)題庫(kù)

習(xí)題一答案1、晶體一般的特點(diǎn)是什么?點(diǎn)陣和晶體的結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？答：〔1〕晶體的一般特點(diǎn)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(zhì)c、自范性：晶體物質(zhì)在適宜的外界條件下能自發(fā)的生長(zhǎng)出晶面、晶棱等幾何元素所組成凸多面體外形d、固定熔點(diǎn)：晶體具有固定的熔點(diǎn)e、對(duì)稱(chēng)性：晶體的理想外形、宏觀性質(zhì)以及微觀結(jié)構(gòu)都具有一定的對(duì)稱(chēng)性〔2〕晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)結(jié)構(gòu)基元可抽象成一個(gè)點(diǎn)，將這些點(diǎn)按照周期性重復(fù)的方式排列就構(gòu)成了點(diǎn)陣。點(diǎn)陣是反映點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)周期性的科學(xué)抽象，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)是點(diǎn)陣?yán)碚摰膶?shí)踐依據(jù)和具體研究對(duì)象，它們之間存在這樣一個(gè)關(guān)系：點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)＝點(diǎn)陣＋結(jié)構(gòu)基元點(diǎn)陣＝點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)－結(jié)構(gòu)基元2、以下圖是一個(gè)伸展開(kāi)的聚乙烯分子，其中C—C化學(xué)鍵長(zhǎng)為1.54?。試根據(jù)C原子的立體化學(xué)計(jì)算分子的鏈周期。答：因?yàn)镃原子間夾角約為109.5°，所以鏈周期＝2×1.54?×sin(109.5°/2)=2.51?3、由X射線法測(cè)得以下鏈型高分子的周期如下，試將與前題比擬思考并說(shuō)明其物理意義?；瘜W(xué)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(zhǎng)，但鏈周期仍包含兩個(gè)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(shuō)明它的鏈周期中包含四個(gè)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(cuò)排列，其結(jié)構(gòu)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(gè)C原子。周期縮短的原因是由于同一個(gè)C原子上有2個(gè)Cl原子，為使排斥能最小它們將交叉排列，即每個(gè)Cl原子在相鄰2個(gè)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(wú)限伸展的層形分子請(qǐng)從結(jié)構(gòu)中引出點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)單位來(lái)，分子中相鄰原子間距為1.42?，請(qǐng)指出正當(dāng)結(jié)構(gòu)單位中根本向量a和b的長(zhǎng)度和它們之間的夾角。每個(gè)結(jié)構(gòu)單位中包括幾個(gè)碳原子？包括幾個(gè)C-C化學(xué)鍵?解：點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)單元為，根本向量長(zhǎng)度2.41?，根本向量之間夾角120o，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元中包含2個(gè)碳原子，包含三個(gè)C-C化學(xué)鍵。5．試表達(dá)劃分正當(dāng)點(diǎn)陣單位所依據(jù)的原那么。平面點(diǎn)陣有哪幾種類(lèi)型與型式?請(qǐng)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(lèi)型只有不帶心的型式?答：劃分正當(dāng)點(diǎn)陣單位所依據(jù)的原那么是：在照顧對(duì)稱(chēng)性的條件下，盡量選取含點(diǎn)陣點(diǎn)少的單位作正當(dāng)點(diǎn)陣單位。平面點(diǎn)陣可劃分為四種類(lèi)型，五種形式的正當(dāng)平面格子：正方，六方，矩形，帶心矩形，平行四邊形?！瞐〕假設(shè)劃分為六方格子中心帶點(diǎn)，破壞六重軸的對(duì)稱(chēng)性，實(shí)際上該點(diǎn)陣的對(duì)稱(chēng)性屬于矩形格子?！瞓〕〔c〕分別劃分為正方帶心和平行四邊形帶心格子時(shí)，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(dāng)格子。6．什么叫晶胞，什么叫正當(dāng)晶胞，區(qū)別是什么?答：晶胞即為空間格子將晶體結(jié)構(gòu)截成的一個(gè)個(gè)大小，形狀相等，包含等同內(nèi)容的根本單位。在照顧對(duì)稱(chēng)性的條件下，盡量選取含點(diǎn)陣點(diǎn)少的單位作正當(dāng)點(diǎn)陣單位，相應(yīng)的晶胞叫正當(dāng)晶胞。7．試指出金剛石、NaCl、CsCl晶胞中原子的種類(lèi)，數(shù)目及它們所屬的點(diǎn)陣型式。答：原子的種類(lèi)原子的數(shù)目點(diǎn)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(jiǎn)單立方8．四方晶系的金紅石晶體結(jié)構(gòu)中，晶胞參數(shù)為a=b=4.58?，c=2.98?，α=β=γ=90o,求算坐標(biāo)為〔0,0,0〕處的Ti原子到坐標(biāo)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(biāo)，標(biāo)出以下圖所示點(diǎn)陣單位中各陰影面的晶面指標(biāo)。答：晶面指標(biāo)〔hkl〕是平面點(diǎn)陣面在三個(gè)晶軸上的倒易截?cái)?shù)之比，它是用來(lái)標(biāo)記一組互相平行且間距相等的平面點(diǎn)陣面與晶軸的取向關(guān)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(shuō)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?jī)蓚€(gè)相應(yīng)界面間的夾角保持恒定不變的數(shù)值，假設(shè)對(duì)應(yīng)各相應(yīng)的晶面分別引法線，那么每?jī)蓷l法線之間的夾角〔晶面夾角〕也必為一個(gè)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(guò)其他學(xué)者反復(fù)實(shí)測(cè)、驗(yàn)證，直至18世紀(jì)80年代才最后確定下來(lái)的。這一規(guī)律完全是由于晶體具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)這一規(guī)律決定的。因?yàn)榫w的大小和形狀不僅受內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shuō)來(lái)，晶體外形除了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)制約，在一定程度上還受到外因，如溫度、壓力、濃度和雜質(zhì)的影響。11.論證在晶體結(jié)構(gòu)中不可能存在五重旋轉(zhuǎn)軸。證明：設(shè)晶體中有一n次螺旋軸通過(guò)O點(diǎn)，根據(jù)對(duì)稱(chēng)元素取向定理，必有點(diǎn)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(diǎn)得到A’點(diǎn)。設(shè)n重旋轉(zhuǎn)軸的基轉(zhuǎn)角2π/n，那么L(2π/n)與L(-2π/n)必能使點(diǎn)陣復(fù)原。這就必有點(diǎn)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(guān)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(jié)構(gòu)中不可能存在五重旋轉(zhuǎn)軸。并且不可能存在高于六次的對(duì)稱(chēng)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(guān)系如何？各種晶體可能具有什么樣的點(diǎn)陣形式。答：C2v：正交晶系，a≠b≠c，α=β=γ=900，oP,oC，oI，oF，3個(gè)垂直的2or2個(gè)垂直的mC2h：?jiǎn)涡本礱≠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(diǎn)陣型式中有正交底心，而無(wú)四方底心，也沒(méi)有立方底心型式?答：立方底心型式會(huì)破壞立方體對(duì)角線上三重軸的對(duì)稱(chēng)性，不再滿(mǎn)足立方晶系特征對(duì)稱(chēng)元素的需要，所以無(wú)立方底心型式。四方底心型式那么可以劃分為更小的簡(jiǎn)單格子，且仍保持四重對(duì)稱(chēng)軸的對(duì)稱(chēng)性，所以無(wú)四方底心型式。而正交底心型式劃分為更小的簡(jiǎn)單格子時(shí)，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(diǎn)陣而無(wú)四方面心點(diǎn)陣？答：因?yàn)榱⒎矫嫘狞c(diǎn)陣假設(shè)取成素晶胞，不再滿(mǎn)足立方晶系4個(gè)三重軸的特征對(duì)稱(chēng)元素的需要。而四方面心點(diǎn)陣可取成更簡(jiǎn)單的四方體心格子，所以沒(méi)有四方面心點(diǎn)陣。15．某一晶體的點(diǎn)陣型式具有三個(gè)互相垂直的四重軸、對(duì)稱(chēng)面、對(duì)稱(chēng)中心,而此晶體卻無(wú)4重對(duì)稱(chēng)軸、無(wú)對(duì)稱(chēng)面和對(duì)稱(chēng)中心,問(wèn)此晶體屬于何點(diǎn)群?簡(jiǎn)述推理過(guò)程。答：由于有一個(gè)以上的高次軸，應(yīng)屬于立方群。該晶體點(diǎn)陣型式有三個(gè)四重軸，而晶體無(wú)4重軸，所以該點(diǎn)陣對(duì)稱(chēng)性降低，具有C3軸，又晶體無(wú)對(duì)稱(chēng)面和對(duì)稱(chēng)中心，所以具有C2軸。綜上分析此晶體屬于T點(diǎn)群。16．請(qǐng)說(shuō)明以下空間群國(guó)際記號(hào)的含義。答：“–”前面的是熊夫利斯記號(hào)，“–”后面的是國(guó)際記號(hào)。17、什么是晶體衍射的兩個(gè)要素?它們與晶體結(jié)構(gòu)有何對(duì)應(yīng)關(guān)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(gè)要素：衍射方向和衍射強(qiáng)度關(guān)系：晶胞大小、形狀衍射方向衍射〔點(diǎn)、峰〕的位置晶胞內(nèi)原子種類(lèi)和位置衍射強(qiáng)度衍射點(diǎn)〔線〕的黑度、寬度峰的高度、高度18、說(shuō)明勞埃方程各符號(hào)的物理意義，并說(shuō)明為何攝取勞埃圖時(shí)需用白色射線，而在用單色特征射線攝取單晶回轉(zhuǎn)圖時(shí)，需使晶體沿一晶軸旋轉(zhuǎn)？a，b，c為空間點(diǎn)陣中三個(gè)互不平行的根本向量的大小αO，βO，γO分別為三個(gè)方向上的X射線入射角α，β，γ分別為三個(gè)方向上的衍射角h，k，l為一組整數(shù)，稱(chēng)為衍射指標(biāo)，分別表示在三個(gè)晶軸方向上波程差所含的波數(shù)λ為波長(zhǎng)α，β，γ三個(gè)角度不是彼此完全獨(dú)立的，他們之間還存在一定的函數(shù)關(guān)系。這個(gè)關(guān)系連同勞埃方程共有4個(gè)方程，聯(lián)系3個(gè)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(dá)此目的：一是晶體不動(dòng)，采用多種波長(zhǎng)混合的“白色”X射線，即X射線的波長(zhǎng)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(zhuǎn)動(dòng)，即改變?chǔ)罯，βO，γO的一個(gè)或兩個(gè)，回轉(zhuǎn)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(lái)證明它確為立方晶體，考慮一下工作進(jìn)行的大致步驟如何?答：勞埃法為晶體不動(dòng)，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(gè)四重軸方向分別攝像，分析底片上衍射點(diǎn)的對(duì)稱(chēng)性，假設(shè)每個(gè)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(diǎn)陣的晶體，其指標(biāo)hkl奇偶混雜的衍射，強(qiáng)度一律為零。答：對(duì)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?yàn)閔kl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(gè)偶數(shù)，兩個(gè)奇數(shù)。那么，cosπ(h+l)，cosπ(k+l)，cosπ(h+k)中有兩個(gè)是-1，一個(gè)是1。故，上式=0所以，題述結(jié)論成立，消光存在。24.論證具有體心點(diǎn)陣的晶體，指標(biāo)h+k+l=奇數(shù)的衍射其結(jié)構(gòu)振幅︱Fhkl︱=0.答：對(duì)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(shí)，那么h=奇數(shù)的結(jié)構(gòu)振幅︱Fh00︱=0.答：對(duì)具有二重螺旋軸的點(diǎn)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(diǎn)陣型式，〔2〕有無(wú)滑移面存在？〔3〕有無(wú)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(shí)有系統(tǒng)消光即hkl衍射無(wú)系統(tǒng)消光，故為素格子。點(diǎn)陣型式為簡(jiǎn)單正交。〔2〕沒(méi)有滑移面〔3〕a,b,c三個(gè)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(xué)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(jī)，攝取了一張粉末圖，從圖上量得衍射為220的一對(duì)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(xué)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?yàn)閷?shí)際比值是2:4:6:8:10:12:14:16，所以是立方體心的點(diǎn)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(hào)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(shí)際比值246810121416即每個(gè)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(diǎn)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(zhuǎn)圖，計(jì)算得到相應(yīng)直線點(diǎn)陣周期分別為4.73、5.67及8.02，寫(xiě)出晶胞參數(shù)。(3)測(cè)得尿素晶體密度d＝1.335g／cm3，計(jì)算晶胞中的分子數(shù)目。(4)對(duì)衍射圖進(jìn)行指標(biāo)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(diǎn)陣型式，并寫(xiě)出空間群的國(guó)際符號(hào)。(5)計(jì)算衍射112，121，211的布拉格角(λ＝1.5418?)。(6)設(shè)粉末照相機(jī)半徑為5cm，推算尿素粉末圖上述衍射所對(duì)應(yīng)的粉末弧線2l長(zhǎng)．解:⑴、尿素所屬點(diǎn)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(jiǎn)單四方點(diǎn)陣因?yàn)槿珙}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(wú)系統(tǒng)消光，故為素格子。另如尿素為體心四方點(diǎn)陣，那么當(dāng)h+k+l=奇數(shù)時(shí)，出現(xiàn)系統(tǒng)消光。那么，對(duì)00l型衍射l為奇數(shù)時(shí)亦有消光；但實(shí)際沒(méi)有出現(xiàn)消光，說(shuō)明它不是體心點(diǎn)陣，而是簡(jiǎn)單四方點(diǎn)陣?？臻g群的國(guó)際符號(hào)為：推導(dǎo)過(guò)程如下:∵c方向上有四重反軸h00衍射中，h=奇數(shù)時(shí)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(yīng)在003，005等衍射方向有消光現(xiàn)象，但實(shí)際沒(méi)有,所以沒(méi)有c滑移面.只有對(duì)稱(chēng)面m.⑸、公式sin2θ=(λ/2a)2(h2+k2+l2)對(duì)112衍射，sin2θ112=(1.5418/2×5.76)2(12+12+22)θ=22.21o對(duì)121衍射，sin2θ121=(1.5418/2×5.76)2(12+22+12)θ=20.17o對(duì)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(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+所取代。其結(jié)果晶體仍然呈電中性，但化合物中Ni和O的原子個(gè)數(shù)比發(fā)生了變化。試計(jì)算樣品組成為Ni0.97O時(shí)該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比。解：設(shè)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(jié)構(gòu)，在實(shí)際晶體中，由于存在缺陷，x＜1。今有一批氧化鐵，測(cè)得其密度為5.7g/cm3，用MoKα射線〔λ=71.07pm〕測(cè)得其面心立方晶胞衍射指標(biāo)為200的衍射角θ=9.56°〔sinθ=0.1661,Fe的相對(duì)原子質(zhì)量為55.85〕?！瞐〕計(jì)算Fex0的面心立方晶胞參數(shù)?！瞓〕求x值?！瞔〕計(jì)算Fe2+和Fe3+各占總鐵質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?！瞕〕寫(xiě)出說(shuō)明鐵的價(jià)態(tài)的化學(xué)式。解：〔a〕〔c〕設(shè)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(fù)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?cè)诳傝F中的摩爾百分?jǐn)?shù)分別為：〔d〕富士體氧化鐵的化學(xué)式為。3、NiO晶體為NaCl型結(jié)構(gòu)，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(cè)得其密度為6.47，用波長(zhǎng)λ=154pm的X射線通過(guò)粉末法測(cè)得立方晶胞111衍射指標(biāo)的θ=18.71°〔sinθ=0.3208〕?！睳i的相對(duì)原子質(zhì)量為58.70〕1molg??〔a〕計(jì)算NixO的立方晶胞參數(shù)；〔b〕算出x值，寫(xiě)出標(biāo)明Ni的價(jià)態(tài)的化學(xué)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?jǐn)?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?yàn)镹ixO晶體為NaCl型結(jié)構(gòu)，可得摩爾質(zhì)量M：而NixO的摩爾質(zhì)量又可以表示為：由此解得：x=0.92。設(shè)0.92mol鎳中有ymolNi2+，那么有〔0.92-y〕molNi3+。根據(jù)正負(fù)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(xué)式為：(c)晶體既為NaCl型結(jié)構(gòu)，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%。〔d〕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(gè)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(diǎn)的2條棱中心上的2個(gè)鎳離子間的距離，即：4、試述玻璃的結(jié)構(gòu)特征及其通性。參考：玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)長(zhǎng)程周期性。一般公認(rèn)的玻璃態(tài)SiO2的結(jié)構(gòu)是由1932年Zachariasen提出的無(wú)規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)，并在1936年被Wanen以X射線衍射工作所支持。該理論認(rèn)為玻璃的結(jié)構(gòu)中包含許多小的結(jié)構(gòu)單位〔如由中心的硅和四角的4個(gè)氧通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合而成的SiO44-四面體〕，這些小結(jié)構(gòu)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(jié)成很不規(guī)那么的三維網(wǎng)絡(luò)。此結(jié)構(gòu)缺少對(duì)稱(chēng)性或長(zhǎng)程有序性，為保持電中性，每個(gè)角頂氧原子僅在兩個(gè)四面體之間公用，因而該結(jié)構(gòu)是頗為開(kāi)敞的。玻璃的特性主要表現(xiàn)在：①?zèng)]有固定的熔點(diǎn)②各向同性③內(nèi)能高④沒(méi)有晶界⑤無(wú)固定形態(tài)⑥性能可設(shè)計(jì)性6、試述晶子學(xué)說(shuō)與無(wú)規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)的主要觀點(diǎn)，并比擬兩種學(xué)說(shuō)在解釋玻璃結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)和分歧。參考：晶子學(xué)說(shuō)：認(rèn)為玻璃由無(wú)數(shù)“晶子”組成，帶有點(diǎn)陣變形的有序排列區(qū)域，分散在無(wú)定形介質(zhì)中，晶子區(qū)到無(wú)定形區(qū)無(wú)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(wú)序區(qū)連接到一起。無(wú)規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)：該理論認(rèn)為玻璃的結(jié)構(gòu)中包含許多小的結(jié)構(gòu)單位〔如由中心的硅和四角的4個(gè)氧通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合而成的SiO44-四面體〕，這些小結(jié)構(gòu)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(jié)成很不規(guī)那么的三維網(wǎng)絡(luò)。此結(jié)構(gòu)缺少對(duì)稱(chēng)性或長(zhǎng)程有序性，為保持電中性，每個(gè)角頂氧原子僅在兩個(gè)四面體之間公用，因而該結(jié)構(gòu)是頗為開(kāi)敞的。詳見(jiàn)課本。7、鉀玻璃中K2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.4%，CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.0%、SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.6%。計(jì)算三種氧化物的物質(zhì)的量之比。假設(shè)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(shè)鉀玻璃的質(zhì)量為100g，那么K2CO3質(zhì)量為18.4g，為18.4/138mol；CaCO3質(zhì)量為11g，為11/100mol；SiO2質(zhì)量為70.6g，為70.6/60mol。物質(zhì)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(shè)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(guò)燒結(jié)包含有玻璃相和結(jié)晶相的特征的無(wú)機(jī)材料，一般由陶土或瓷土等硅酸鹽，經(jīng)過(guò)成型燒結(jié)，局部熔融成玻璃態(tài)，通過(guò)玻璃態(tài)物質(zhì)將微小的石英和其它氧化物晶體包裹結(jié)合而成。陶瓷包括了陶器和瓷器，陶器是多孔透氣的、強(qiáng)度較低的產(chǎn)品，此其時(shí)加了釉層、質(zhì)地致密而不透氣的、強(qiáng)度較高的產(chǎn)品。陶瓷具有以下性能特征：〔1〕力學(xué)性能：耐磨性、高強(qiáng)度難變形性、超高硬度等；〔2〕熱血性能：耐熱性、隔熱性、導(dǎo)熱性等；〔3〕光學(xué)性能：透光性、偏光透光性等；〔4〕電學(xué)和瓷學(xué)性能：絕緣性、導(dǎo)電性、離子導(dǎo)電性、壓電性、介電性、磁性等；〔5〕生物和化學(xué)性能：生物體相容性、耐化學(xué)腐蝕性等。9、液晶結(jié)構(gòu)中的哪些特點(diǎn)使其得以廣泛應(yīng)用？參考：見(jiàn)教材2.4第三章1、指出金屬中鍵型和結(jié)構(gòu)的主要特征。為什么可將金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題歸結(jié)為等徑圓球的密堆積問(wèn)題？答：〔1〕金屬中鍵型是金屬鍵，由于金屬元素的電負(fù)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(gè)正離子形成的勢(shì)場(chǎng)中比擬自由的運(yùn)動(dòng)，形成自由電子。金屬晶體中各金屬原子的價(jià)電子公有化于整個(gè)金屬大分子，所有成鍵點(diǎn)子可在整個(gè)聚集體中流動(dòng)，而共同組成了離域的N中心鍵。在金屬晶體中沒(méi)有定域的雙原子鍵，也不是幾個(gè)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(yùn)動(dòng)，離域范圍很大?！?〕因?yàn)檎麄€(gè)金屬單質(zhì)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(jié)構(gòu)都是全充滿(mǎn)或半充滿(mǎn)狀態(tài)，他們的電子分布根本上是球形對(duì)稱(chēng)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(gè)個(gè)等徑圓球。又因?yàn)榻饘冁I無(wú)飽和性和方向性，金屬原子在組成晶體時(shí)，總是趨向于形成密堆積的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是堆積密度大，相互的配位數(shù)高，能夠充分利用空間，整個(gè)體系能量最低。所以可以用等圓球密堆積的模型來(lái)描述金屬結(jié)構(gòu)。2、指出A1型和A3型密堆積結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣形式與晶胞中球的數(shù)目，并寫(xiě)出球的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。答：A1型為立方F，晶胞中球的數(shù)目為4。球的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)A3型為六方P格子，晶胞中的球的數(shù)目為2。求的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為3、試比擬A1和A3型結(jié)構(gòu)的異同，指出A1和A3型結(jié)構(gòu)中密置層相應(yīng)的晶面指標(biāo)。答：A1型結(jié)構(gòu)重復(fù)周期為三層，可畫(huà)出面心立方晶胞，為立方最密堆積。重復(fù)方式為ABCABC……。A3性結(jié)構(gòu)重復(fù)周期為二層，可畫(huà)出六方晶胞，為劉方最密堆積。重復(fù)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(gè)，上下兩層各3個(gè)。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(duì)稱(chēng)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(jié)構(gòu)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(biāo)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(guān)系a=Ra=Ra=b=2Rc=R點(diǎn)陣形式面心立方體心立方簡(jiǎn)單六方4、計(jì)算A2，A3型密堆積結(jié)構(gòu)中圓球的空間占有率。解：見(jiàn)上表。5、用固體能帶理論說(shuō)明什么是導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體？參考：金屬離子按點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)時(shí)與正離子之間有吸引勢(shì)能，而且電子所處的位置不同，與正離子之間的距離不同，勢(shì)能的大小就不同。因此，電子實(shí)際是在一維周期性變化的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。電子除直線運(yùn)動(dòng)外，在正電荷附近還要做輕微的振動(dòng)。當(dāng)電子的deBroglie波在晶格中進(jìn)行時(shí)，如果滿(mǎn)足Bragg條件nλ=2dsinθ時(shí)，要受到晶面的反射，因而不能同過(guò)晶體，使原有能級(jí)一分為二，這種能級(jí)突然上升和下降時(shí)能帶發(fā)生斷裂。已充有電子，能帶完全被電子所充滿(mǎn)叫滿(mǎn)帶。帶中無(wú)電子，叫空帶。能帶中有電子單位充滿(mǎn)叫導(dǎo)帶。各能帶的間隙是電子不能存在的區(qū)域，叫禁帶。在導(dǎo)體中，具有導(dǎo)帶。在外電場(chǎng)作用下，導(dǎo)帶中的電子改變了在該能帶不同能級(jí)間的分布狀況，產(chǎn)生了電子流。絕緣體的特征是只有滿(mǎn)帶和空帶，而且禁帶很寬。滿(mǎn)帶與空帶的能級(jí)差大于5eV，一般的激發(fā)條件下，滿(mǎn)帶中的電子不能躍入空帶，即不能形成導(dǎo)帶。這就是絕緣體不能導(dǎo)電的原因。半導(dǎo)體的特征也是只有滿(mǎn)帶和空帶，但滿(mǎn)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(mǎn)帶中的電子較易躍入空帶，使空帶中有了電子，滿(mǎn)帶中有了空穴，都能參與導(dǎo)電。由于需克服禁帶的能量間隙，電子跳躍不如導(dǎo)帶那樣容易，因而電阻率也比導(dǎo)體高得多。9、單質(zhì)Mn有一種同素異構(gòu)體為立方結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)為632pm，密度，原子半徑r=112pm，計(jì)算Mn晶胞中有幾個(gè)原子，其空間占有率為多少？解：∵M(jìn)n為立方結(jié)構(gòu)，∴∴設(shè)晶胞中有n個(gè)原子，∴n=20答：Mn晶胞中有20個(gè)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(lèi)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(zhì)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(jié)構(gòu)類(lèi)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(xué)求KCl晶體的點(diǎn)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(jié)構(gòu)，晶胞棱長(zhǎng)628pm。試計(jì)算KCl晶體的點(diǎn)陣能，并與上題所求的結(jié)果比擬。解：根據(jù)將NA、e、ε0等按國(guó)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(jì)算公式計(jì)算NaCl與MgOde晶格能。MgO的熔點(diǎn)為2800℃，NaCl為801℃，請(qǐng)說(shuō)明這種差異的原因。解：NaCl、MgO同屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，根據(jù)將NA、e、ε0等按國(guó)際單位所給數(shù)值代入對(duì)于NaCl，R0=279pm=2.79×10-10mZ+=Z-=1m=〔7+9〕/2=8所以對(duì)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(qiáng)弱。晶格能越大，表示離子鍵越強(qiáng)，離子晶體的熔點(diǎn)也就越高。因?yàn)閁MgO＞UNaCl,，所以mpMgO＞mpNaCl。4、為什么可將離子晶體的結(jié)構(gòu)歸于不等徑圓球密堆積的問(wèn)題？參考：離子晶體的結(jié)構(gòu)多種多樣，而且有的很復(fù)雜。但復(fù)雜的離子晶體結(jié)構(gòu)一般都是典型的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)形式的變形，故可將離子晶體的結(jié)構(gòu)歸結(jié)為幾種典型的結(jié)構(gòu)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(guān)？參考：假設(shè)將離子近似的看作具有一定半徑的彈性球，兩個(gè)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(shuō)的離子半徑的意義。離子半徑本來(lái)應(yīng)該是指離子電子云的分布范圍，但是按照量子力學(xué)計(jì)算，離子的電子云密度是無(wú)窮的，因此嚴(yán)格的說(shuō)，一個(gè)離子的半徑是不定的，它和離子所處的特定條件有關(guān)。6、試比擬Pauling半徑和Goldschmidt半徑的異同。參考：見(jiàn)教材。8、試就負(fù)離子堆積方式與正離子所占間隙的種類(lèi)與分?jǐn)?shù)比擬NaCl型與ZnS型結(jié)構(gòu)之異同，比擬CsCl和CaF2型結(jié)構(gòu)之異同。答：結(jié)構(gòu)類(lèi)型負(fù)離子堆積方式正離子填隙種類(lèi)和分?jǐn)?shù)類(lèi)型分?jǐn)?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(jiǎn)單立方立方體1CaF2簡(jiǎn)單立方立方體19、由離子半徑計(jì)算CsBr和NaBr的半徑比并推測(cè)晶體離子的配位數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)形式。答：晶體類(lèi)型離子半徑比〔R+/R-〕晶體離子配位數(shù)正離子負(fù)離子晶體結(jié)構(gòu)形式CsBr0.85288CsCl型NaBr0.52066NaCl型10、BeO和MgO晶體的結(jié)構(gòu)分別屬于六方ZnS和NaCl型，試從離子半徑比與配位數(shù)關(guān)系推測(cè)BeO和MgO的晶體結(jié)構(gòu)形式，并與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行比擬。答：晶體類(lèi)型離子半徑比〔R+/R-〕晶體離子配位數(shù)正離子負(fù)離子推知晶體類(lèi)型BeO0.32144六方ZnSMgO0.51466NaCl型11、表達(dá)Goldschmidt結(jié)晶化學(xué)定律，并扼要說(shuō)明它的含意。參考：晶體的結(jié)構(gòu)形式取決于其組成者的數(shù)量關(guān)系、大小關(guān)系和極化性能，組成者系指原子、離子或原子團(tuán)。影響晶體結(jié)構(gòu)形式包含以下幾個(gè)因素：〔1〕正負(fù)離子的相對(duì)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(fù)離子的相對(duì)數(shù)量〔組成比n+/n-〕決定正負(fù)離子配位數(shù)之比及正離子所占空隙分?jǐn)?shù)。〔3〕離子的極化引起鍵形以及結(jié)構(gòu)形式的變異12、什么是金屬原子半徑、離子半徑、共價(jià)半徑、vandewaals半徑，他們有何不同？舉例說(shuō)明。參考：見(jiàn)教材。金屬原子半徑：用X射線衍射法可以測(cè)定金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從金屬晶體的晶胞參數(shù)可以求出兩個(gè)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(fù)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(dāng)這兩種作用力達(dá)成平衡時(shí)，離子間保持一定的接觸距離。假設(shè)將離子近似的看作具有一定半徑的彈性球，兩個(gè)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(shuō)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(gè)〕和相對(duì)分子質(zhì)量〔88〕，但CF4的熔沸點(diǎn)〔-184℃，-128℃〕均較PF3〔-151.5℃，-101.5℃〕低，說(shuō)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(dǎo)力；而CF4是非極性分子，只有色散力。所以CF4的熔沸點(diǎn)均較PF3低。14、將水分子看作球體，并假設(shè)堆積系數(shù)〔空間占有率〕為0.6，液態(tài)水中每個(gè)水分子的半徑多大？答：液態(tài)水中1個(gè)水分子占據(jù)體積為30.0×10-24cm3〔由摩爾體積/NA得到〕設(shè)液態(tài)水中每個(gè)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(jié)構(gòu)，后者為鏈狀結(jié)構(gòu)。參考：綠寶石的硅酸鹽骨架為分立型，結(jié)構(gòu)中含有孤立的硅氧骨干[Si6O18]，由六個(gè)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(jié)構(gòu)中每個(gè)[SiO4]四面體公用2個(gè)頂點(diǎn)，連成一無(wú)限長(zhǎng)鏈。17、試畫(huà)出環(huán)氧乙烷的分子模型，估計(jì)他們的最小直徑，3A型分子篩的孔徑約為330pm，估計(jì)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(jià)半徑〔pm〕773273范式半徑〔pm〕172120140電負(fù)性〔xp〕2.552.203.44用上列數(shù)據(jù)，按同〔異〕核鍵鍵長(zhǎng)的計(jì)算方法，得有關(guān)鍵長(zhǎng)數(shù)據(jù)如下：O-HC-OC-CC-H鍵長(zhǎng)93.8142154105.9這些計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)定值有的接近，有的差異較大，以下圖分子形狀是按實(shí)測(cè)鍵參數(shù)和范式半徑畫(huà)出來(lái)的由圖可見(jiàn)，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(jìn)入3A分子篩孔道而環(huán)氧乙烷不能。所以，3A分子篩對(duì)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(huì)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(lái)枯燥環(huán)氧乙烷。18、羥基苯甲酸亦稱(chēng)水楊酸，鄰位結(jié)構(gòu)熔點(diǎn)是159℃，間位結(jié)構(gòu)熔點(diǎn)是201.3℃，對(duì)位結(jié)構(gòu)熔點(diǎn)是213℃，試用氫鍵解釋。參考：分子間生成氫鍵，熔點(diǎn)會(huì)上升；分子內(nèi)生成氫鍵，一般熔點(diǎn)會(huì)降低。水楊酸的鄰位結(jié)構(gòu)形成六元環(huán)的分子內(nèi)氫鍵，熔點(diǎn)159℃，而生成分子間氫鍵的間位和對(duì)位結(jié)構(gòu)熔點(diǎn)分別為201.3℃和213℃。19、答復(fù)以下有關(guān)A型分子篩的問(wèn)題：〔a〕寫(xiě)出3A，4A，5A型分子篩的化學(xué)組成表達(dá)式及其用途；〔b〕最大孔窗由幾個(gè)Si和幾個(gè)O原子圍成？〔c〕最大孔穴〔籠〕是什么籠？直徑大約多大？〔d〕簡(jiǎn)述篩分分子的機(jī)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(jì)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(xué)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(xué)組成可用通式Mr(AlpSiqO2(P+Q))·mH2O表示。由該通式可見(jiàn)，Al3+和Si4+的數(shù)目之和為O2-數(shù)的一半，這說(shuō)明這幾類(lèi)分子篩都具有骨架型結(jié)構(gòu)。在一般情況下，Al3+數(shù)比Si4+數(shù)小。假設(shè)Al3+數(shù)超過(guò)Si4+數(shù)，那么會(huì)在結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)[AlO4]四面體直接相連的情況，由于Al-O靜電鍵強(qiáng)度小于Si-O靜電鍵度，這會(huì)削弱骨架強(qiáng)度。通常，為使分子篩熱穩(wěn)定性好、耐酸性強(qiáng)，總是希望硅鋁比高些?；瘜W(xué)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(shè)M是一價(jià)離子，那么r=p，即在骨架中引入一個(gè)Al3+代替Si4+，那么在骨架外就引入一個(gè)一價(jià)正離子。假設(shè)M為二價(jià)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(shè)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(chēng)為4A分子篩或NaA分子篩。假設(shè)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(chēng)為3A型分子篩或KA型分子篩。其化學(xué)組成為K12(Al12Si12O48)·27H2O。當(dāng)用Ca2+代替Na+時(shí)，由于Ca2+的電價(jià)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(dāng)晶胞中約有2/3的Na+被取代時(shí)，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(xué)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(diǎn)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(lái)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(duì)水的吸附能力很強(qiáng)，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(xué)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(chēng)為立方八面體。削去6個(gè)頂點(diǎn)得到6個(gè)四邊形，而原來(lái)的8個(gè)三角形都變成了六邊形，所以立方八面體是一個(gè)十四面體，有24個(gè)頂點(diǎn)、36條棱。可看作由立方體和八面體圍聚而成。在分子篩結(jié)構(gòu)中，硅〔鋁〕氧四面體通過(guò)頂點(diǎn)上的O2-互相連接形成環(huán)，環(huán)上的四面體再通過(guò)頂點(diǎn)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(chēng)為“籠”。A型分子篩就是由立方八面體籠、α籠和立方體籠構(gòu)成的。立方八面體籠又稱(chēng)為β籠或方鈉石籠。其幾何結(jié)構(gòu)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(gè)頂點(diǎn)上，籠和籠通過(guò)立方體相連，那么8個(gè)β籠相連后形成一個(gè)α籠，此即A型分子篩的結(jié)構(gòu)。α籠是一個(gè)二十六面體，由12個(gè)四元環(huán)、8個(gè)六元環(huán)和6個(gè)八元環(huán)組成，共有48個(gè)頂點(diǎn)，72條棱。A型分子篩的最大窗口是八元環(huán)，由8個(gè)硅〔鋁〕氧四面體構(gòu)成。八元環(huán)包含8個(gè)硅〔鋁〕氧離子和8個(gè)氧離子。該八元環(huán)的有效孔徑約為420pm。假設(shè)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(gè)β籠通過(guò)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。〔d〕脫水后的分子篩具有空曠的骨架型結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)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(jí)與一般分子相當(dāng)，它只允許直徑比孔徑小的分子進(jìn)入，直徑比孔徑大的分子被拒之門(mén)外，從而將大小、形狀不同的恩資分開(kāi)，起篩分分子的作用，故而得名。第5章習(xí)題答案1、一聚合物樣品的元素分析結(jié)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(jié)構(gòu)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(gè)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(yùn)動(dòng)時(shí)C-C單鍵在保持鍵長(zhǎng)和鍵角不變的情況下可繞軸任意旋轉(zhuǎn)，稱(chēng)之為單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。高分子鏈能夠通過(guò)內(nèi)旋轉(zhuǎn)作用改變其構(gòu)象的性能稱(chēng)為高分子鏈的柔順性。高分子鏈能形成的構(gòu)象數(shù)越多，柔順性越大。

由于分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)是導(dǎo)致分子鏈柔順性的根本原因，而高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)又受其分子結(jié)構(gòu)的制約，因而分子鏈的柔順性與其分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其中主鏈結(jié)構(gòu)、側(cè)基和鏈的長(zhǎng)度都起作用。在C-C鍵上帶有其他原子或基團(tuán)時(shí)，由于這些原子和基團(tuán)之間存在著一定的相互作用，會(huì)阻礙單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所以柔順性降低。3、說(shuō)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(chēng)。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(xué)狀態(tài)有何特點(diǎn)？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(xué)狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，這三種力學(xué)狀態(tài)是聚合物分子微觀運(yùn)動(dòng)特征的宏觀表現(xiàn)。玻璃態(tài)聚合物在升高到一定溫度時(shí)可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)，這一轉(zhuǎn)變溫度稱(chēng)為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，或簡(jiǎn)稱(chēng)玻璃化溫度，當(dāng)升溫到粘流溫度時(shí)，由高彈態(tài)轉(zhuǎn)為粘流態(tài)。5、簡(jiǎn)要說(shuō)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(guò)官能團(tuán)之間的逐步反響來(lái)聚合的，具有以下幾個(gè)特征：〔1〕逐步聚合反響是由假設(shè)干個(gè)聚合反響構(gòu)成的，是逐步進(jìn)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(xué)結(jié)構(gòu)與單體的不完全相同；〔3〕在縮聚過(guò)程中總有小分子副產(chǎn)物析出；〔4〕相對(duì)分子質(zhì)量隨轉(zhuǎn)化率增高而逐步增大，只有在高轉(zhuǎn)化率才能生成高相對(duì)分子質(zhì)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(gè)重要特征。6、導(dǎo)電高分子一般具有何種結(jié)構(gòu)？它有什么特點(diǎn)？答：導(dǎo)電高分子材料的共同特征是內(nèi)都必須具備長(zhǎng)程共軛的主鏈，即具有交替的單鍵、雙鍵共軛結(jié)構(gòu)。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(wú)機(jī)半導(dǎo)體的能隙，所以共軛聚合物大多具有半導(dǎo)體的特性。共軛結(jié)構(gòu)的聚合物容易被氧化或復(fù)原而實(shí)現(xiàn)所謂“摻雜”，使其電導(dǎo)率增加假設(shè)干個(gè)數(shù)量級(jí)，接近于金屬的電導(dǎo)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(xué)性能好?！?〕便于消毒和滅菌，易于加工，材料價(jià)格適當(dāng)。4〕生物相容性好。(1)血液相容性(2)組織相應(yīng)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(gè)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(shuō)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(cè)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(zhuǎn)位壘較小，因?yàn)椋孩冁I角較大〔120°而不是109.5°〕；②雙鍵上只有一個(gè)H或取代基，而不是兩個(gè)。列舉出四種商業(yè)上最常見(jiàn)的熱塑性塑料,并且說(shuō)明他們的用途聚丙烯PP最輕的塑料,機(jī)械強(qiáng)度比PE高,電器,耐水常見(jiàn)制品：盆、桶、家具、薄膜、編織袋、瓶蓋、汽車(chē)保險(xiǎn)杠等。聚苯乙烯PS在未著色時(shí)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(lèi)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(jiàn)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(qiáng)度好,電器絕緣性，耐熱性高常見(jiàn)制品：板材、管材、鞋底、玩具、門(mén)窗、電線外皮、文具等聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET透明度很好，強(qiáng)度和韌性?xún)?yōu)于聚苯乙烯和聚氯乙烯，不易破碎。常見(jiàn)制品：常為瓶類(lèi)制品如可樂(lè)、礦泉水瓶等第6章習(xí)題答案納米的根本涵義是什么?簡(jiǎn)述為什么納米材料會(huì)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(jí)(10-9米)的超細(xì)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?jǐn)?shù)近似相等的兩個(gè)局部：一是直徑為幾個(gè)或幾十個(gè)納米的粒子二是粒子間的界面。前者具有長(zhǎng)程序的晶狀結(jié)構(gòu)，后者是既沒(méi)有長(zhǎng)程序也沒(méi)有短程序的無(wú)序結(jié)構(gòu)。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(diǎn)，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(xué)特性，如原本導(dǎo)電的銅到某一納米級(jí)界限就不導(dǎo)電，原來(lái)絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級(jí)界限時(shí)開(kāi)始導(dǎo)電。即納米材料顯現(xiàn)出納米效應(yīng)，具體表現(xiàn)為三大效應(yīng)：外表效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。由于納米效應(yīng)，納米材料光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)乃至化學(xué)性質(zhì)也就相應(yīng)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(méi)有的優(yōu)越性能，可廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)藥、化工、軍事、航空航天等眾多領(lǐng)域，在整個(gè)新材料的研究應(yīng)用方面占據(jù)著核心的位置。納米材料可分為哪幾類(lèi)?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(lèi)。其中納米粉末開(kāi)發(fā)時(shí)間最長(zhǎng)、技術(shù)最為成熟，是生產(chǎn)其他三類(lèi)產(chǎn)品的根底。納米粉末又稱(chēng)為超微粉或超細(xì)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(zhǎng)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(xì)小的間隙的薄膜。致密膜指膜層致密但晶粒尺寸為納米級(jí)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(jié)晶而得到的納米晶粒材料。比擬小尺寸效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)。答：納米顆粒的小尺寸所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱(chēng)為小尺寸效應(yīng)。當(dāng)納米材料中的微粒尺寸小到與光波波長(zhǎng)或德布羅意波波長(zhǎng)、超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度等物理特征相當(dāng)或更小時(shí)，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(xué)等特性表現(xiàn)出改變而導(dǎo)致出現(xiàn)新的特性。當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散的現(xiàn)象，以及納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)能級(jí)和最低空軌道(LUMO)能級(jí)而使能隙變寬的現(xiàn)象，均稱(chēng)為量子尺寸效應(yīng)。什么是室溫超塑性？為什么納米陶瓷有望實(shí)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(zhǎng)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(yīng)變速率(10-6～10-2s-1)條件下的細(xì)晶材料中。目前，形變率達(dá)100％的張應(yīng)力超塑性比擬常見(jiàn)，最大的形變高達(dá)800％。陶瓷超塑性的主要問(wèn)題是形變率太大而缺乏以進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用，另外盡管人們發(fā)現(xiàn)在Y-TZP、Al2O3、Si3N4等陶瓷材料高溫時(shí)(1100～1600℃)具有超塑性，但室溫超塑性仍然未見(jiàn)報(bào)道。一般認(rèn)為陶瓷具有超塑性應(yīng)該具有兩個(gè)條件，一是較小的粒徑，二是快速的擴(kuò)散途徑(增強(qiáng)的晶格、晶界擴(kuò)散能力)。納米陶瓷具有較小的晶粒及快速的擴(kuò)散途徑，所以有望實(shí)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(rèn)為這種趨勢(shì)是細(xì)晶陶瓷所固有的。最細(xì)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(shuō)明這些陶瓷具有延展性，盡管沒(méi)有表現(xiàn)出室溫超塑性，但隨著晶粒的進(jìn)一步減小，這一可能是存在的。為什么在研究碳納米管的過(guò)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(shí)驗(yàn)說(shuō)明，碳納米管的管壁是一種類(lèi)似于石墨片的碳六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但有扭曲，這就是說(shuō)，碳納米管管壁由碳六邊形環(huán)構(gòu)成，每個(gè)碳與周?chē)娜齻€(gè)碳原子相鄰，碳與碳之間通過(guò)sp2雜化鍵結(jié)合，展開(kāi)在平面上，實(shí)際上就是石墨片的結(jié)構(gòu)。所以簡(jiǎn)單地說(shuō)，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(duì)稱(chēng)性不同，物理和化學(xué)性質(zhì)也可能不同。高度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)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(zhuǎn)而成的碳納米管。簡(jiǎn)述碳納米管電學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系。答：碳納米管具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)，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(yùn)動(dòng)，徑向運(yùn)動(dòng)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(dǎo)體性的。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，共軸的金屬-半導(dǎo)體和半導(dǎo)體-金屬納米管對(duì)是穩(wěn)定的。因此，納米尺度元件可在兩個(gè)共軸納米管或納米管之間的結(jié)的根底上設(shè)計(jì)?？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(shí)具有金屬和半導(dǎo)體性質(zhì)。說(shuō)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(wú)機(jī)材料的濕化學(xué)方法。其根本原理是：易于水解的金屬化合物(無(wú)機(jī)鹽或金屬醇鹽)在某種溶劑中與水發(fā)生反響，經(jīng)過(guò)水解與縮聚過(guò)程逐漸凝膠化，再經(jīng)枯燥燒結(jié)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(xué)活性高的單多組分混合物(分子級(jí)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(guò)程中以金屬有機(jī)化合物(主要是金屬醇鹽)和局部無(wú)機(jī)鹽為前驅(qū)體，首先將前驅(qū)體溶于溶劑(水或有機(jī)溶劑)形成均勻的溶液，接著溶質(zhì)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(jìn)一步聚集生長(zhǎng)形成凝膠(gel)。有人也將溶膠-凝膠法稱(chēng)為SSG法，即溶液-溶膠-凝膠法納米固體中納米微粒結(jié)構(gòu)可以有哪些形態(tài)？答：按照納米固體中納米微粒結(jié)構(gòu)形態(tài)的不同，可將其分為納米晶體、納米非晶體和納米準(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(diǎn)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(dá)了納米量級(jí)尺度，因而又有納米微晶材料的說(shuō)法。只是短程有序的非晶態(tài)納米微粒組成的納米固體稱(chēng)為納米非晶體，而將只有取向?qū)ΨQ(chēng)性的納米級(jí)準(zhǔn)晶微粒彌散在基體中時(shí)，就可以得到納米準(zhǔn)晶材料。納米晶體與一般多晶體的區(qū)別是什么？簡(jiǎn)述納米晶材料的特點(diǎn)。答：納米晶體中晶界所占的體積分?jǐn)?shù)比一般多晶體高。納米晶材料〔納米結(jié)構(gòu)材料〕是由〔至少在一個(gè)方向上〕尺寸為幾個(gè)納米的結(jié)構(gòu)單元〔主要是晶體〕所構(gòu)成。不同取向的納米尺度小晶粒由晶界聯(lián)結(jié)在一起，由于晶粒極微小，晶界所占的比例就相應(yīng)的增大。納米晶材料是一種非平衡態(tài)的結(jié)構(gòu)，其中存在大量的晶體缺陷。納米結(jié)構(gòu)材料因其超細(xì)的晶體尺寸〔與電子波長(zhǎng)、平均自由程等為同一數(shù)量級(jí)〕和高體積分?jǐn)?shù)的晶界〔高密度缺陷〕而呈現(xiàn)特殊的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。納米晶微粒之間能產(chǎn)生量子輸運(yùn)的隧道效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)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(dǎo)電金屬的電阻高于多晶材料，因?yàn)榫Ы鐚?duì)電子有散射作用，當(dāng)晶粒尺寸小于電子平均自由程時(shí)，晶界散射作用加強(qiáng)，電阻及電阻溫度系數(shù)增加。但納米半導(dǎo)體材料卻具有高的電導(dǎo)率，如納米硅薄膜的室溫電導(dǎo)率高于多晶硅3個(gè)數(shù)量級(jí)，高于非晶硅達(dá)5個(gè)數(shù)量級(jí)。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(qiáng)度、高的磁化率和低的矯頑力。納米材料的超導(dǎo)臨界溫度和臨界電流的提高、特殊的光學(xué)性質(zhì)、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(jié)構(gòu)材料體系稱(chēng)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(jié)構(gòu)的體系。納米微粒、絲、管可以是有序或無(wú)序的排列，其特點(diǎn)是能夠按照人們的意愿進(jìn)行設(shè)計(jì)，使整個(gè)體系具有人們所期望的特性，因而該領(lǐng)域被認(rèn)為是材料化學(xué)和物理學(xué)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(duì)納米陣列體系的研究，集中在由金屬納米微?；虬雽?dǎo)體納米微粒在一個(gè)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(yīng)，也使其成為研究熱點(diǎn)。第7章習(xí)題答案什么是金屬玻璃？分析金屬玻璃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能特點(diǎn)。答：將熔融的合金噴射到冷的銅板上，降溫速度在一百萬(wàn)攝氏度每秒以上，由于冷凝速度極高，液態(tài)合金來(lái)不及形成結(jié)晶就凝固了，結(jié)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(jìn)行測(cè)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(chēng)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(jié)構(gòu)特征使它具有許多晶態(tài)材料所沒(méi)有的性能。主要包括：(1)原子排列長(zhǎng)程無(wú)序，這導(dǎo)致金屬玻璃的X射線衍射不會(huì)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(jí))的各向異性(如磁疇結(jié)構(gòu)等性質(zhì))。(2)短程有序，即金屬原子的周?chē)湮磺闆r彼此相似，也和晶態(tài)中原子的情況相近。(3)無(wú)晶界，晶態(tài)金屬一般由微米量級(jí)的小晶粒組成，晶粒間存在晶界。從亞微觀來(lái)看金屬玻璃是均勻的固體，不存在晶粒和晶界，這一特點(diǎn)大大提高了金屬玻璃的力學(xué)性能和電磁性能，使它具有很高的強(qiáng)度，例如抗拉強(qiáng)度、硬度、斷裂強(qiáng)度和彈性模量等都比晶態(tài)合金強(qiáng)得多。金屬玻璃為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，顯微組織均勻，不含晶界、位錯(cuò)等缺陷，使腐蝕金屬的液體“無(wú)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(xué)上是不穩(wěn)定的，它有向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。(5)卓越的硬度和機(jī)械度，拉絲后纖維化的非晶態(tài)鐵鉭硅硼合金線材，拉伸強(qiáng)度高達(dá)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(xué)性能。按照硅氧四面體在空間的組合情況，硅酸鹽結(jié)構(gòu)可以分成哪幾類(lèi)？答：按照硅氧四面體在空間的組合情況，硅酸鹽結(jié)構(gòu)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(diǎn)？答：理論上，在0K以上時(shí)，任何物體均可輻射紅外線，故紅外線是一種熱輻射，有時(shí)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(duì)于熱平衡輻射體的概念。熱平衡輻射體是指當(dāng)一個(gè)物體向周?chē)l(fā)射輻射時(shí)，同時(shí)也吸收周?chē)矬w所發(fā)射的輻射能，當(dāng)物體與外界進(jìn)行能量交換慢到使物體在任何短時(shí)間內(nèi)仍保持確定溫度時(shí)，該過(guò)程可以看作是平衡的。透紅外材料指的是對(duì)紅外線透過(guò)率高的材料。對(duì)透紅外材料的要求，首先是紅外光譜透過(guò)率要高，透過(guò)的短波限要低，透過(guò)的頻帶要寬。透過(guò)率定義與可見(jiàn)光透過(guò)率相同，一般透過(guò)率要求在50％以上，同時(shí)要求透過(guò)率的頻率范圍要寬，透紅外材料的透射短波限，對(duì)于純晶體，決定于其電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶的吸收，即其禁帶寬度。透射長(zhǎng)波限決定于其聲子吸收，和其晶格結(jié)構(gòu)及平均原子量有關(guān)。什么是發(fā)光材料？它的發(fā)光機(jī)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(guò)熱的階段，直接轉(zhuǎn)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(guò)程發(fā)生在彼此獨(dú)立的、個(gè)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(guò)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(qiáng)度特征和持續(xù)時(shí)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(lèi)很多，它們發(fā)光的顏色也足可覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光的范圍。一個(gè)材料的發(fā)光光譜屬于哪一類(lèi)，既與基質(zhì)有關(guān)，又與雜質(zhì)有關(guān)。隨著基質(zhì)的改變，發(fā)光的顏色也可改變。發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)強(qiáng)度而變，通常我們用發(fā)光效率來(lái)表征材料的發(fā)光本領(lǐng)。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(shí)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(shí)間小于10-8s為熒光，大于10-8s為磷光。當(dāng)時(shí)對(duì)發(fā)光持續(xù)時(shí)間很短的發(fā)光無(wú)法測(cè)量，才有這種說(shuō)法。現(xiàn)在瞬態(tài)光譜技術(shù)已經(jīng)把測(cè)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(shí)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(yīng)？主要有哪些光電效應(yīng)？答：物質(zhì)由于受到光照而引發(fā)其某些電性質(zhì)變化的這一現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)主要有光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電子發(fā)射效應(yīng)三種。前兩種效應(yīng)在物體內(nèi)部發(fā)生，統(tǒng)稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)，它一般發(fā)生于半導(dǎo)體中。光電子發(fā)射產(chǎn)生于物體外表，又稱(chēng)外光電效應(yīng)。它主要發(fā)生于金屬中。半導(dǎo)體有幾種分類(lèi)方法，它們大致的分類(lèi)結(jié)果是什么？答：按成分可將半導(dǎo)體分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體又可分為本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體?；衔锇雽?dǎo)體又可分為合金、化合物、陶瓷和有機(jī)高分子四種半導(dǎo)體。在此，我們順便談一下什么是本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體。半導(dǎo)體中價(jià)帶上的電子借助于熱、電、磁等方式激發(fā)到導(dǎo)帶叫做本征激發(fā)。本征半導(dǎo)體就是指滿(mǎn)足本征激發(fā)的半導(dǎo)體。利用雜質(zhì)元素?fù)饺爰冊(cè)刂校央娮訌碾s質(zhì)能級(jí)激發(fā)到導(dǎo)帶上或者把電子從價(jià)帶激發(fā)到雜質(zhì)能級(jí)上，從而在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴的激發(fā)叫做非本征激發(fā)或雜質(zhì)激發(fā)。滿(mǎn)足這種激發(fā)的半導(dǎo)體就稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。按摻雜原子的價(jià)電子數(shù)半導(dǎo)體可分為施主型和受主型，前者摻雜原子的價(jià)電子多于純?cè)氐膬r(jià)電子，后者正好相反。還可按晶態(tài)把半導(dǎo)體分為結(jié)晶、微晶和非晶半導(dǎo)體。此外，還有按能帶結(jié)構(gòu)和電子躍遷狀態(tài)將半導(dǎo)體進(jìn)行分類(lèi)。簡(jiǎn)單解釋超導(dǎo)現(xiàn)象。介紹一下目前主要研究的超導(dǎo)材料。答：1911年荷蘭物理學(xué)家翁奈在研究水銀低溫電阻時(shí)首先發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象。后來(lái)又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些金屬、合金和化合物在低溫時(shí)電阻也變?yōu)榱?，即具有超?dǎo)現(xiàn)象。物質(zhì)在超低溫下，失去電阻的性質(zhì)稱(chēng)為超導(dǎo)電性；相應(yīng)的具有這種性質(zhì)的物質(zhì)就稱(chēng)為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體在電阻消失前的狀態(tài)稱(chēng)為常導(dǎo)狀態(tài)；電阻消失后的狀態(tài)稱(chēng)為超導(dǎo)狀態(tài)。按成分可將超導(dǎo)材料分為元素超導(dǎo)體、合金和化合物超導(dǎo)體，有機(jī)高分子超導(dǎo)體三類(lèi)。現(xiàn)在的有24種元素具有超導(dǎo)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(dǎo)性。合金和化合物超導(dǎo)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(dǎo)元素，也可以局部為超導(dǎo)元素、局部為非超導(dǎo)元素。有機(jī)高分子超導(dǎo)體主要是非碳高分子(SN)X。超導(dǎo)體有哪些物理性質(zhì)？有哪些臨界參數(shù)？它們有什么內(nèi)在聯(lián)系？物理性質(zhì)：零電阻現(xiàn)象和完全抗磁性〔邁斯納效應(yīng)〕。臨界參數(shù)：臨界溫度Tc：超導(dǎo)體從常導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度。臨界磁場(chǎng)Hc：使超導(dǎo)態(tài)的物質(zhì)由超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌?dǎo)態(tài)時(shí)所需的最小磁場(chǎng)強(qiáng)度。臨界電流Ic：破壞超導(dǎo)電性所需的最大極限電流。三個(gè)臨界參數(shù)的關(guān)系：要使超導(dǎo)體處于超導(dǎo)狀態(tài)，必須將其置于三個(gè)臨界值Tc，Hc和Ic之下。三者缺一不可，任何一個(gè)條件遭到破壞，超導(dǎo)狀態(tài)隨即消失。其中Tc，Hc只與材料的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)，是材料的本征參數(shù)。解釋什么是能源轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)單介紹人類(lèi)對(duì)能源的使用歷史。答：能源轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋崮?、汽油、煤油、柴油、煤氣等二次能源。例如，水的?shì)能使水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；煤通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)換為熱能，熱能產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。轉(zhuǎn)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(shí)更方便、更清潔。在有熱轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，不可防止地會(huì)伴有轉(zhuǎn)換損失。例如，用一定量的煤來(lái)發(fā)電時(shí)，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(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｋ羞@些能量加在一起等于煤完全燃燒所應(yīng)釋放的能量。在研究能源轉(zhuǎn)換的問(wèn)題時(shí)，不僅要注意能量的數(shù)量，還應(yīng)注意能量的質(zhì)量。人類(lèi)對(duì)能源的利用主要有三次大轉(zhuǎn)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(dǎo)地位；第三次是20世紀(jì)后半葉開(kāi)始出現(xiàn)的向多能源結(jié)構(gòu)的過(guò)渡轉(zhuǎn)換。人類(lèi)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(fēng)力、水力等自然動(dòng)力的利用；化石燃料的開(kāi)發(fā)和熱的利用；電的發(fā)現(xiàn)及開(kāi)發(fā)利用；原子核能的發(fā)現(xiàn)及開(kāi)發(fā)利用。什么是磁光效應(yīng)？磁光材料可分為哪幾種，它們有什么應(yīng)用？答：置于磁場(chǎng)中的物體，受磁場(chǎng)影響后其光學(xué)特性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為磁光效應(yīng)。磁光效應(yīng)有磁光法拉第效應(yīng)、磁光克爾效應(yīng)等。與電光材料相比，磁光材料的種類(lèi)要少得多，在應(yīng)用上也遠(yuǎn)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(qiáng)磁場(chǎng)作用下，光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化的晶體。一類(lèi)是具有磁致旋光效應(yīng)的晶體，另一類(lèi)是具有磁致雙折射效應(yīng)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(yīng)，它們是尖晶石鐵氧體、正鐵氧體、鋇鐵氧體、二價(jià)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(qiáng)磁光效應(yīng)的玻璃，由基質(zhì)玻璃中摻入一定量的稀土旋光離子所制成。因此，其結(jié)構(gòu)上常由未成對(duì)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(yīng)。有少數(shù)液體具有較為顯著的磁致雙折射效應(yīng)，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(shí)際很少作為磁光介質(zhì)來(lái)使用。什么是聲光效應(yīng)？聲光材料如何分類(lèi)？答：當(dāng)聲波在介質(zhì)中通過(guò)時(shí)，由于光彈效應(yīng)，介質(zhì)的密度隨聲波振幅的強(qiáng)弱而產(chǎn)生相應(yīng)的周期性的疏密變化，它對(duì)光的作用猶如條紋光柵。此時(shí)光束假設(shè)以適當(dāng)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(chēng)聲光效應(yīng)。常用的聲光材料有聲光晶體，聲光玻璃和聲光液體三大類(lèi)。聲光晶體是指具有聲光效應(yīng)的晶體。除滿(mǎn)足光學(xué)晶體的一般要求外，聲光晶體還應(yīng)具備品質(zhì)因素大、聲吸收系數(shù)低、聲速及其對(duì)溫度的變化小等特點(diǎn)。聲光玻璃是指能產(chǎn)生強(qiáng)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(zhì)因素，并有高的光學(xué)均勻性和低的光和聲損耗。聲光玻璃通常分為四類(lèi):熔石英；含重金屬離子玻璃；硫?qū)倩衔锊ＡВ粏钨|(zhì)半導(dǎo)體玻璃。聲光液態(tài)材料主要是水和一些有機(jī)碘化物、有機(jī)溴化物。水的M2值最低，但因聲損耗小，仍然被認(rèn)為是一種好的液態(tài)聲光介質(zhì)。液態(tài)材料應(yīng)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(jié)合鍵共有幾種？各自特點(diǎn)如何？類(lèi)型鍵合強(qiáng)弱形成晶體的特點(diǎn)離子鍵最強(qiáng)無(wú)飽和性和方向性:高配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、固態(tài)不導(dǎo)電、熔態(tài)離子導(dǎo)電共價(jià)鍵強(qiáng)有飽和性和方向性:低配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、在熔態(tài)也不導(dǎo)電金屬鍵較強(qiáng)無(wú)飽和性和方向性:配位數(shù)高、結(jié)構(gòu)密堆、塑性較好、有光澤、良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)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(duì)其熔點(diǎn)及力學(xué)等性能影響大；對(duì)小分子熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性、黏度也有一定影響。范德華鍵最弱無(wú)飽和性和方向性:結(jié)構(gòu)密堆、高熔點(diǎn)、絕緣2，計(jì)算體心立方結(jié)構(gòu)和六方密堆結(jié)構(gòu)的堆積系數(shù)(1)體心立方a：晶格單位長(zhǎng)度R：原子半徑，n=2,∴(2)六方密堆n=6金屬鎳為A1型結(jié)構(gòu)，原子間接觸距離為249.2pm，請(qǐng)計(jì)算：1〕Ni立方晶胞的參數(shù)；2〕金屬鎳的密度；3〕分別計(jì)算〔100〕、〔110〕、〔111〕晶面的間距。解：對(duì)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(duì)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(jì)算體心立方鐵受熱而變?yōu)槊嫘牧⒎借F時(shí)出現(xiàn)的體積變化。在轉(zhuǎn)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(diǎn)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(lèi)型？固體溶液與液體溶液的共同點(diǎn)：均具有均一性、穩(wěn)定性，均為混合物，均存在溶解性問(wèn)題〔對(duì)固態(tài)溶液稱(chēng)為固溶度，對(duì)液體溶液稱(chēng)為溶解度〕；1．均一性：溶液各處的密度、組成和性質(zhì)完全一樣；2.穩(wěn)定性：溫度不變，溶劑量不變時(shí)，溶質(zhì)和溶劑長(zhǎng)期不會(huì)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(diǎn)：固溶體的溶質(zhì)和溶劑均以固體形式出現(xiàn)，而液體溶體的溶質(zhì)和溶劑均以液體形式出現(xiàn)；固溶體：又稱(chēng)固體溶液，指由一種或多種溶質(zhì)組元溶入晶態(tài)溶劑，并保持溶劑晶格類(lèi)型所形成的單相晶態(tài)固體。固溶體按固溶度分可兩種類(lèi)型：有限固溶體與無(wú)限固溶體；按溶質(zhì)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(jià)，化學(xué)鍵性質(zhì)，晶體結(jié)構(gòu)等因素?！?〕原子或離子半徑大小：，Δr<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(jià)：兩種固體只有在離子價(jià)相同或同號(hào)離子的離子價(jià)總和相同時(shí)，才能滿(mǎn)足電中性要求，形成連續(xù)固溶體。〔3〕化學(xué)鍵相近，易形成連續(xù)固溶體。〔4〕晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)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(dòng)一晶格參數(shù)，此時(shí)，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(zhì)整數(shù)：1，-1，2〕〔倒數(shù)：1，1，-4/3，→互質(zhì)整數(shù)：3，3，-4〕8，用固體能帶理論說(shuō)明什么是導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體？答：固體的導(dǎo)電性能由其能帶結(jié)構(gòu)決定。對(duì)一價(jià)金屬〔如Na〕，價(jià)帶是未滿(mǎn)帶，故能導(dǎo)電。對(duì)二價(jià)金屬〔如Mg〕，價(jià)帶是滿(mǎn)帶，但禁帶寬度為零，價(jià)帶與較高的空帶相交疊，滿(mǎn)帶中的電子能占據(jù)空帶，因而也能導(dǎo)電。絕緣體和半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)相似，價(jià)帶為滿(mǎn)帶，價(jià)帶與空帶間存在禁帶。禁帶寬度較小時(shí)〔0.1—3eV〕呈現(xiàn)半導(dǎo)體性質(zhì)，禁帶寬度較大〔＞5eV〕那么為絕緣體。滿(mǎn)帶：充滿(mǎn)電子的能帶空帶：局部充滿(mǎn)或全空的能帶價(jià)帶：價(jià)電子填充的能帶禁帶：導(dǎo)帶及滿(mǎn)帶之間的空隙〔其中，空帶和價(jià)帶是導(dǎo)帶〕導(dǎo)體：價(jià)帶未滿(mǎn)，或價(jià)帶全滿(mǎn)但禁帶寬度為零，此時(shí)，電子能夠很容易的實(shí)現(xiàn)價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的躍遷。半導(dǎo)體：價(jià)帶全滿(mǎn)，禁帶寬度在0.1-3eV之間，此時(shí)，電子可以通過(guò)吸收能量而實(shí)現(xiàn)躍遷。絕緣體：價(jià)帶全滿(mǎn)，禁帶寬度大于5eV，此時(shí)，電子很難通過(guò)吸收能量而實(shí)現(xiàn)躍遷9，有一根長(zhǎng)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(zhǎng)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(jī)理不同，前者為化學(xué)腐蝕，后者為電化學(xué)腐蝕鋁是一種較活潑的金屬，但因?yàn)樵诳諝庵心芎芸焐芍旅艿难趸X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(xué)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?yàn)槠胀ǖ臒o(wú)機(jī)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(huì)被溶解或侵蝕，其反響為：SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O12，Cs熔體的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能〔單位為J〕與溫度T〔單位為K〕的關(guān)系為ΔGom,Cs=2100-6.95T,求Cs的