天然或绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷

1、Chapter 2 Characteristic of Crystalloid and Chapter 2 Characteristic of Crystalloid and Amorphous MaterialsAmorphous MaterialsExercises and AnswersExercises and Answers1、天然或绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如，在某种氧化、天然或绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如，在某种氧化镍晶体中就存在这样的缺陷：一个镍晶体中就存在这样的缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个空缺，另有两个Ni2+被两个被两个Ni3+所所取代。其结

2、果晶体仍然呈电中性，但化合物中取代。其结果晶体仍然呈电中性，但化合物中Ni和和O的原子个数比发生的原子个数比发生了变化。试计算样品组成为了变化。试计算样品组成为Ni0.97O时该晶体中时该晶体中Ni3+与与Ni2+的离子数之比。的离子数之比。 解：设晶体中Ni3+的离子数为a，Ni2+的离子数为b。根据题意： 该晶体中 答：该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比为6：91。 91. 006. 022397. 0bababa91691. 006. 023baNiNi2、已知氧化铁、已知氧化铁Fex0(富士体富士体)为氯化钠型结构，在实际晶体为氯化钠型结构，在实际晶体中，由于存在缺陷，中，由于存在

3、缺陷，x1。今有一批氧化铁，测得其密度为。今有一批氧化铁，测得其密度为5.7g/cm3，用，用MoK射线（射线（=71.07pm）测得其面心立方晶）测得其面心立方晶胞衍射指标为胞衍射指标为200的衍射角的衍射角=9.56（sin=0.1661,Fe的相对的相对原子质量为原子质量为55.85）。）。 （a）计算）计算Fex0的面心立方晶胞参数。的面心立方晶胞参数。 （b）求）求x值。值。 （c）计算）计算Fe2 +和和Fe3+各占总铁质量的质量分数。各占总铁质量的质量分数。 （d）写出表明铁的价态的化学式。）写出表明铁的价态的化学式。 解解： (a)pmpmlkha8 .42700256. 9s

4、in201.71sin22220222112333103335.6710022. 671. 5)109 .472(41414molgmolcmcmDNaMNaMDAA11135.6700.1685.55molgmolgxmolgMX=0.92(b)（c）设0.92mol铁中Fe2 +的摩尔数为y，则Fe3+的摩尔数为（0.92-y），根据正负离子电荷平衡原则得： 2y+3(0.92-y)=2 y=0.76 0.92-y=0.16 即Fe2 +和Fe3+的摩尔数分别为0.76和0.16，他们在总铁中的摩尔百分数分别为： %4 .1792. 016. 0%6 .8292. 076. 0（d）富士体

5、氧化铁的化学式为 OFeFe316. 0276. 03、NiO晶体为NaCl型结构，将它在氧气中加热，部分Ni2+将氧化为Ni3+，成为NixO(x1)。今有一批NixO，测得其密度为6.47gmol-1，用波长=154pm的X射线通过粉末法测得立方晶胞111衍射指标的=18.71（sin=0.3208）。（Ni的相对原子质量为58.70）（a）计算NixO的立方晶胞参数； （b）算出x值，写出标明Ni的价态的化学式。 （c）在NixO晶体中，O2-堆积方式怎样？Ni在此堆积中占据哪种空隙？占有率（即占有分数）是多少？ （d）在NixO晶体中，Ni-Ni间最短距离是多少？ 解：（a）NixO的

6、立方晶胞参数为： pmpmpmlkha8 .41633208. 0215411171.18sin2154sin22220222（b）因为NixO晶体为NaCl型结构，可得摩尔质量M： 而NixO的摩尔质量又可以表示为： 由此解得：x=0.92。 1123310331 .7010022. 6)10416(47. 64141molgmolcmcmgNDaMA11110.7000.1670.58molgmolgmolgM设0.92mol镍中有y mol Ni2+，则有（0.92-y）mol Ni3+。根据正负离子电荷平衡原则，有： 2y+3(0.92-y)=2 y=0.76 0.92-0.76=0.

7、16 所以该氧化镍晶体的化学式为： ONiNi316. 0276. 0(c) 晶体既为NaCl型结构，则Ni0.76Ni0.16O中O2-的堆积方式与NaCl中的Cl-的堆积方式相同，即为立方最密堆积。镍离子占据由O2-围成的八面体空隙。而镍离子的空隙占有率有92%。 （d）镍离子分布在立方晶胞的体心和棱心上，）镍离子分布在立方晶胞的体心和棱心上，Ni-Ni间间最短距离即体心上和任一棱心上最短距离即体心上和任一棱心上2个镍离子间的距离，它等个镍离子间的距离，它等于：于： Ni-Ni间最短距离也等于处在交于同一顶点的间最短距离也等于处在交于同一顶点的2条棱中心条棱中心上的上的2个镍离子间的距离，

8、即：个镍离子间的距离，即：pmpmaaa29441622222122pmpmaaa2942416222224、试述玻璃的结构特征及其通性。、试述玻璃的结构特征及其通性。玻璃的内部结构无长程周期性。1932年Zachariasen提出关于玻璃态SiO2结构的无规则网络学说无规则网络学说，被1936年Wanen以X射线衍射工作证实。该理论认为：玻璃的结构包含许多小的结构单位结构单位（如由中心的硅和四角的4个氧通过共价键结合而成的四面体），这些小结构单位彼此之间可以键合成链状，或由其它金属离子沿顶角键合，连结成很不规则的三维网络。此结构缺少对称性或长程有序性。为保持电中性，每个角顶氧原子仅在两个四面

9、体之间公用，因而该结构是颇为开敞的。玻璃的特性主要表现在： 没有固定的熔点 各向同性 内能高 没有晶界 无固定形态 性能可设计性 5.已知石英玻璃的密度是已知石英玻璃的密度是2.3g/cm3，假定玻璃中原子尺寸与，假定玻璃中原子尺寸与晶体晶体SiO2相同，试计算该玻璃的原子堆积系数是多少？相同，试计算该玻璃的原子堆积系数是多少？O2-Si4+石英晶体的基本结构单位是硅氧四面体石英晶体的基本结构单位是硅氧四面体. r(Si4+)= 0.040 nm； r(O2-)= 0.135 nm, 硅氧四面体的体积：硅氧四面体的体积： V底面积底面积高高底面积底面积AB 2 r(O2-) AB2= 2 r(

10、O2-)2 + r(O2-)2 =2 0.135 nm2 + 0.135 nm 2 = 0.091 nm2； AB=0.302nm 底面积底面积0.3022 0.1350.082 nm2ABCD高高2CD 2 BD 2 CB 2 =2 r(O2-)2 - 2/3 AB 2 =2 0.1352 - 2/3 0.302 2=0.1134 nm2高高0.337nm故：故：V底面积底面积高高0.082 0.3370.0276nm32.7610-23cm3M=(1个个Si4个个O）/N0 28.085415.999/(6.021023)=1.5310-22g M / V5.543g/cm3玻璃中原子堆垛

11、系数为：玻璃中原子堆垛系数为：2.3/5.5430.415SiO4四面体的四面体的4个顶点均被共用，形成三维骨架结构：三维四个顶点均被共用，形成三维骨架结构：三维四联，组成为联，组成为Si/O=2,各种形式的各种形式的SiO2均采用该连接方式。常见均采用该连接方式。常见的有石英的有石英(1743K) ，见下图。，见下图。 石英为六方晶系，a=0.502nm，c=0.548nm。四面体单元交替看作六方ZnS中的正负离子。其结构稍微扭曲，四面体沿六重螺旋方向依次连接，根据螺旋方向不同具有左旋和右旋光学活性。由高温向低温转变时，Si原子位移错动，一组二次对称轴消失，且六次螺旋轴变为三次螺旋轴（由三方

12、转变为六方晶系），六方偏方面体晶类，D6-622（L66L2）。6、试述晶子学说与无规则网络学说的主要观点，并比较两、试述晶子学说与无规则网络学说的主要观点，并比较两种学说在解释玻璃结构上的共同点和分歧。种学说在解释玻璃结构上的共同点和分歧。 晶子学说：认为玻璃由无数“晶子”组成，带有点阵变形的有序排列区域，分散在无定形介质中，晶子区到无定形区无明显界限。在这些模型中，人们假定其中存在着极小的有序区或微晶体，他们被无序区连接到一起。 无规则网络学说：该理论认为玻璃的结构中包含许多小的结构单位（如由中心的硅和四角的4个氧通过共价键结合而成的四面体），这些小结构单位彼此之间可以键合成链状，或由其它

13、金属离子沿顶角键合，连结成很不规则的三维网络。此结构缺少对称性或长程有序性，为保持电中性，每个角顶氧原子仅在两个四面体之间公用，因而该结构是颇为开敞的。 详见课本2.5.2。 7、钾玻璃中、钾玻璃中K2CO3质量分数为质量分数为18.4%，CaCO3质量分数为质量分数为11.0%、SiO2质量分数为质量分数为70.6%。计算三种氧化物的物质的。计算三种氧化物的物质的量之比。若需制造量之比。若需制造5.1t钾玻璃，需用碳酸钾、石灰石和二氧钾玻璃，需用碳酸钾、石灰石和二氧化硅各多少化硅各多少t？ 解：设钾玻璃的质量为100g，则 K2CO3质量为18.4g，物质的量为(18.4/138mol)；

14、CaCO3质量为11g，物质的量为(11/100) mol ； SiO2质量为70.6g，物质的量为(70.6/60 ) mol。 三者物质的量之比1：0.825：8.825 所以三种氧化物K2O ： CaO ： SiO2之比为1：0.825：8.825。 若制造5.1t钾玻璃则需用 K2CO3 5.10.184=0.94t CaCO3 5.10.11=0.561t SiO2 5.10.706=3.6t 8、什么是陶瓷，陶瓷有哪些特性？陶瓷是指通过烧结包含有玻璃相和结晶相的特征的无机材料，一般由陶土或瓷土等硅酸盐，经过成型烧结，部分熔融成玻璃态，通过玻璃态物质将微小的石英和其它氧化物晶体包裹结

15、合而成。陶瓷包括了陶器和瓷器，陶器是多孔透气的、强度较低的产品，此其时加了釉层、质地致密而不透气的、强度较高的产品。 陶瓷具有以下性能特征： （1）力学性能：耐磨性、高强度难变形性、超高硬度等； （2）热血性能：耐热性、隔热性、导热性等； （3）光学性能：透光性、偏光透光性等； （4）电学和瓷学性能：绝缘性、导电性、离子导电性、压电性、介电性、磁性等； （5）生物和化学性能：生物体相容性、耐化学腐蚀性等。 9、液晶结构中的哪些特点使其得以广泛应用？见教材见教材2.4。按分子量的大小液晶可分为低分子液晶和高分子液晶两大类。按形成液晶的物理条件，液晶又可分为热致性液晶、溶致性液晶、压致性液晶和流致

16、性液晶四大类。结构特征：溶致性液晶一般是双亲化合物与极性溶剂组成的二元或多元体系。双亲化合物在同一个分子内具有溶解性不同的两种基团亲水基和疏水基。溶致性液晶通常应用于构筑无机有机杂化有序阵列结构。热致性液晶是温度变化时形成的液晶态物质。根据织构形态不同，热致性液晶可分为三种不同相： 1）. 向列相液晶 （Nematic）向列相液晶组成为刚性中心分子，柔性尾链。液晶分子大致以长轴方向平行排列，因此具有一维空间的规则性，其分子取向长程有序，质心无序。该类液态晶体分子排列的一定顺序在电场的作用下会发生变化，从而影响它的光学性质，即光电效应。也使其成为最早被应用的液晶，普遍使用于液晶电视、笔记本电脑以及各类型液晶显示器。2. 近晶相液晶 （Smectic）结构