习题-表面与界面.pdf

表面与界面 习题参考 表面与界面 习题参考 第四章 习题课第四章 习题课 1 表面力的存在及对晶体结构的影响 表面力的存在及对晶体结构的影响 表面双电层表面双电层 2 界面行为 弯曲表面效应 界面行为 弯曲表面效应 1 r1 1 r2 G1 SL LV SV W LV SV SL 润湿张力 润湿张力 F LV cos SV SL G LV cos SV SL 附着润湿 铺展润湿 浸渍润湿 润湿与粘附 附着润湿 铺展润湿 浸渍润湿 润湿与粘附 固 固 气界面张力平衡关系固 固 气界面张力平衡关系 SV SS 2 1 2 cos 固 固 液界面张力平衡关系 固 固 液界面张力平衡关系 SL SS 2 1 2 cos 3 界面 界面 流动性 稳定性 触变性 可塑性 流动性 稳定性 触变性 可塑性 4 粘土粘土 水系统水系统 粘土的荷电性 粘土的离子吸附与交换 粘土胶体的电动性质 粘土的荷电性 粘土的离子吸附与交换 粘土胶体的电动性质 电位电位 粘土水系统的胶体性质粘土水系统的胶体性质 4 2 MgO Al2O3 SiO2系统的低共熔物放在系统的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上 在低共 熔温度下 液相的表面张力为 陶瓷片上 在低共 熔温度下 液相的表面张力为900mN m 液体与固体的界面能为 液体与固体的界面能为 600mN m 测得接触角为测得接触角为70 520 1 求求Si3N4的表面张力 的表面张力 2 把把Si3N4 在低共熔温度下进行热处理 测试其热腐蚀的槽角为在低共熔温度下进行热处理 测试其热腐蚀的槽角为600 求的晶界 能 求的晶界 能 解 解 1 cos 70 52 600mN m 900mN m LVSLSV 0 SLLV 已知 已知 600 900 cos70 520 901mN m SS 0 60 2 求 已知求 已知 mmN SS 1559 2 2 2 cos 0 SV 60 cos901 2 4 3氧化铝瓷件中需要被银 已知氧化铝瓷件中需要被银 已知1000 时 时 1 00mN m Ag L 0 92mN m 1 77mN m 问液态银能否润湿氧化铝瓷件表面 可以用什么方法改善它们之间的润湿性 问液态银能否润湿氧化铝瓷件表面 可以用什么方法改善它们之间的润湿性 32 SOAlLAg 32 SOAl 解 已知 解 已知 Ag L 0 92mN m 1 77mN m 1 00mN m 32 SOAl 32 SOAlLAg 0 9 146 837 0 92 0 77 1 00 1 cos VL SLSV 说明说明 液态银不能润湿氧化铝瓷件表面 液态银不能润湿氧化铝瓷件表面 改善方法改善方法 1 去除固体表面的吸附膜 提高 去除固体表面的吸附膜 提高 SV 2 降低 降低 SL 3 改变粗造度 改变粗造度 4 4根据图根据图4 3和表和表4 3可知 具有面心立方晶格不同晶面可知 具有面心立方晶格不同晶面 110 100 111 上 原子密度不同 试回答 哪一个晶面上固 气表面能将是最低的 为什么 上 原子密度不同 试回答 哪一个晶面上固 气表面能将是最低的 为什么 解 解 由表面能公式由表面能公式 1 0 0 ib iss n n N UL LS 为为1m2表面上的原子数 表面上的原子数 nis表示第表示第i个原子在晶体表面最邻近的原子数个原子在晶体表面最邻近的原子数 nib 表示晶体体内最邻近的原子数 表示晶体体内最邻近的原子数 nib 12 构造结晶面表面密度最邻近原子数构造结晶面表面密度最邻近原子数 111 0 907 6 面心立方面心立方 100 0 785 4 110 0 555 2 NU 45 0 12 6 1 N U 0 907 0 0 111 表面能 表面能 NU 53 0 12 4 1 N U 0 785 0 0 100 NU 46 0 12 2 1 N U 0 555 0 0 110 由此知由此知 111 面即原子密排面上表面能最低 面即原子密排面上表面能最低 4 5试解释粘土结构水 结合水试解释粘土结构水 结合水 牢固结合水 疏松结合水牢固结合水 疏松结合水 自由水的区别 分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影响 自由水的区别 分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影响 分结合水 内类结构水自由水 容牢固结合水疏松结合水 以 分结合水 内类结构水自由水 容牢固结合水疏松结合水 以OH基形 吸附在粘土矿物粘土表面定向排列过粘土胶团外 式存在于粘 层间及表面的定渡到非定向排列的水的非定向水 土晶格结构 向水分子层 它层 它处于胶粒的扩分子层 内的水与粘土胶粒形成散层内 整体并一起移动 在晶格内 基形 吸附在粘土矿物粘土表面定向排列过粘土胶团外 式存在于粘 层间及表面的定渡到非定向排列的水的非定向水 土晶格结构 向水分子层 它层 它处于胶粒的扩分子层 内的水与粘土胶粒形成散层内 整体并一起移动 在晶格内3 10水分子层水分子层20nm 脱水后粘密度大 热容小 土结构破坏 介电常数小 冰点低 流动性加水量一定时 结合水 脱水后粘密度大 热容小 土结构破坏 介电常数小 冰点低 流动性加水量一定时 结合水 自由水值小 流动性好 可塑性粘土胶粒水膜厚度约在 自由水值小 流动性好 可塑性粘土胶粒水膜厚度约在10nm 约约30水分子层水分子层 时可塑性最好时可塑性最好 定 义定 义 作用范围 特 点 作用范围 特 点 4 8 若粘土粒子是若粘土粒子是片状粒子片状粒子 长度分别为 长度分别为10 1 0 0 1 m 长度是其厚 度的 长度是其厚 度的10倍 求粘土颗粒平均距离在吸力范围倍 求粘土颗粒平均距离在吸力范围2nm 时 粘土体积浓度 时 粘土体积浓度 解 解 2 2 a 2 2 lhla h 总体积 固体体积 总体积 固体体积 a h a 2l h 2l ml mhm 3 11 102 110a 已知 已知 5 99100 1041 104 10 110 C 3 23 2 1 体积浓度 体积浓度 同理可得同理可得 C2 95 4 C3 66 2 4 6一个均匀的悬浮液 粘土浓度为一个均匀的悬浮液 粘土浓度为30Vol 薄片状粘土颗粒 尺寸是平均直径 薄片状粘土颗粒 尺寸是平均直径0 1 m 厚度厚度0 01 m 求颗粒间平均距离是多少 求颗粒间平均距离是多少 解 设颗粒厚度与宽度方向上水膜厚度相等为解 设颗粒厚度与宽度方向上水膜厚度相等为l nml ll 5 7 2100 1000 2 100 1000 2 30 2 2 1000 2l 100 2l 1000 100 所以颗粒间平均距离为所以颗粒间平均距离为 2l 15nm 4 7 粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关 指出粘土吸附下列 不同阳离子后的性能变化规律 粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关 指出粘土吸附下列 不同阳离子后的性能变化规律 以箭头以箭头 表示由表示由小到大小到大 H Al3 Ba2 Sr2 Ca2 Mg2 NH4 K Na Li 1 离子置换能力离子置换能力 2 粘土的 粘土的 电位电位 3 粘土的结合水粘土的结合水 4 泥浆的流动性泥浆的流动性 5 泥浆的稳定性泥浆的稳定性 6 泥浆的触变性泥浆的触变性 7 泥团的可塑性泥团的可塑性 4 9 用用Na2CO3和和Na2SiO3分别稀释同一种粘土分别稀释同一种粘土 以高岭石矿物为主以高岭石矿物为主 泥浆 试比较 电解质加入量相同时 两种泥浆的流动性 注浆速率 触变性和坯体致密度有何 差别 泥浆 试比较 电解质加入量相同时 两种泥浆的流动性 注浆速率 触变性和坯体致密度有何 差别 比较比较Na2CO3 Na2SiO3 流动性差好 触变性大小 稀释范围较窄较宽 注浆速率快慢 注件性能疏松较软 易塌陷强度高 硬化快易开裂 外硬内软内外水分一致 脱模性易难 电解质质量易潮解成 流动性差好 触变性大小 稀释范围较窄较宽 注浆速率快慢 注件性能疏松较软 易塌陷强度高 硬化快易开裂 外硬内软内外水分一致 脱模性易难 电解质质量易潮解成NaHCO3 稳定 常用量 稳定 常用量0 1 0 25 0 35 0 5 补充练习补充练习 1 1g石英当它粉碎石英当它粉碎 在湿空气中在湿空气中 成每颗粒半径为成每颗粒半径为1 m的粉末时质 量增加至 的粉末时质 量增加至1 02g 它的吸附水膜厚度为多少 它的吸附水膜厚度为多少 石英密度为石英密度为2 65g cm3 分析 吸附前后颗粒总数不变 分析 吸附前后颗粒总数不变 解 解 1g石英所占体积石英所占体积1 2 65 0 3774cm3 g 一粒石英所占体积一粒石英所占体积4 3 r3 4 3 10 4 3 4 188 10 12cm3 1g 石英含粒子数石英含粒子数 个 个 10 12 109 10188 4 3774 0 吸附水后吸附水后1g石英所占的体积石英所占的体积gcm 3849 0 2 65 021 3 吸附水后每粒石英所占的体积 吸附水后每粒石英所占的体积 312 10 104 28 109 3849 0 cm 吸附水后每粒石英的半径吸附水后每粒石英的半径 1007nm 34 104 28 3 12 r 吸附水膜厚度 吸附水膜厚度 1007 1000 7nm 2 假定边长为 假定边长为0 0001cm的的NaCl正六面体 每个表面钠离子有一个正六面体 每个表面钠离子有一个 OH 的吸附位置 试问每克的吸附位置 试问每克NaCl能吸附多少个能吸附多少个 OH 离子 离子 已知 已知 a0 0 56nm 2 16g cm3 解 解 先计算每克先计算每克NaCl的表面积的表面积 a0 0 56nm 32 3 2 3 66d cmcmcm dd NaCl 表面积 表面积 gcm dd NaCl 61 6 g 2 表面积 表面积 NaCl是立方面心结构 求每克是立方面心结构 求每克NaCl表面上的表面上的Na 离子数离子数 2 2 0 2 cm 1 cmNa离子离子数表面离子离子数表面a g109 0 100 56 2 160 0001 61 6 gNa 19 272 0 个离子 离子数表面 个离子 离子数表面 ad 由题可知 每克由题可知 每克NaCl能吸附能吸附0 9 1019个个 OH 离子 离子 3 在注浆成型的泥浆中常搭配一些回坯泥 在注浆成型的泥浆中常搭配一些回坯泥 其中含少量其中含少量石膏屑石膏屑 结果使泥浆变稠 欲降低泥浆粘度应采取什么措施 结果使泥浆变稠 欲降低泥浆粘度应采取什么措施 答 答 回坯泥中含少量回坯泥中含少量石膏屑使泥浆发生如下反应 石膏屑使泥浆发生如下反应 342324 2Na22CaSOCaSiOSONaSiONaCa粘土 粘土 粘土 粘土 由于由于Na2SO4可溶 要使反应向右移动必须加入大量可溶 要使反应向右移动必须加入大量 Na2SiO3 但如果加入少量 但如果加入少量BaCO3 则反应如下 则反应如下 334 3234 a CaSO CaCOCaSiOSOBNa SiONaBaCOCa 粘土 粘土 粘土 粘土 反应结果生成三种难溶盐及流动性好的反应结果生成三种难溶盐及流动性好的Na 粘土 粘土 4 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因 答 因为 答 因为 SS晶界能与 晶界能与 SV表面能有以下关系 表面能有以下关系 2 10 2cos 2 cos2 SS SV SV SS 所以 而 所以 而 5 试分析影响泥浆流动性和触变性的诸因素 试分析影响泥浆流动性和触变性的诸因素 6 影响粘土可塑性的因素有哪些 生产上可以采取什么措施来提 高或降低粘土的可塑性以满足成型工艺的需要 影响粘土可塑性的因素有哪些 生产上可以采取什么措施来提 高或降低粘土的可塑性以满足成型工艺的需要 填空题 填空题 1 流变学是研究 流变学是研究 的一门学科 不同类型的物体在应力作 用下出现的流动形式可有 的一门学科 不同类型的物体在应力作 用下出现的流动形式可有 和和 等 等 2 范得华力主要来源于三种不同的效应 范得华力主要来源于三种不同的效应 1 发生在发生在 和和 之 间的 之 间的 力 力 2 发生在发生在 和和 之间的之间的 力和力和 3 发生在发生在 和和 之间的之间的 力 三种力均与分子间距离的力 三种力均与分子间距离的 次方成反比 分 子引力的作用范围一般约在 次方成反比 分 子引力的作用范围一般约在 nm以内 以内 3 1850 时固态 时固态Al2O3的表面能是的表面能是905尔格尔格 厘米厘米2 直径为 直径为1微米的微米的 Al2O3微粒的内外压差是微粒的内外压差是 4 同价阳离子同价阳离子所饱和的粘土 其 所饱和的粘土 其 电位随离子半径减小而电位随离子半径减小而 A 降低 降低B 升高 升高C 改变符号 改变符号 5 晶体的表面能与所显露的那个晶面有关 密排的晶面表面能 晶体的表面能与所显露的那个晶面有关 密排的晶面表面能 A 最低 最低B 最高 最高C 适中 适中 6 粘土粒子破键引起的荷电与溶液介质的 粘土粒子破键引起的荷电与溶液介质的PH值有关 高岭石在酸 性介质中 边面带 值有关 高岭石在酸 性介质中 边面带 电荷 电荷 A 2 B 0 C 1 7 粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关 当吸附下列不同阳离 子后的变化规律以箭头表示 粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关 当吸附下列不同阳离 子后的变化规律以箭头表示 小 大小 大 H A