天然或絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷

1、Chapter 2 Characteristic of Crystalloid and Chapter 2 Characteristic of Crystalloid and Amorphous MaterialsAmorphous MaterialsExercises and AnswersExercises and Answers1、天然或絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如，在某種氧化、天然或絕大部分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：一個鎳晶體中就存在這樣的缺陷：一個Ni2+空缺，另有兩個空缺，另有兩個Ni2+被兩個被兩個Ni3+所所取代。其結(jié)

2、果晶體仍然呈電中性，但化合物中取代。其結(jié)果晶體仍然呈電中性，但化合物中Ni和和O的原子個數(shù)比發(fā)生的原子個數(shù)比發(fā)生了變化。試計算樣品組成為了變化。試計算樣品組成為Ni0.97O時該晶體中時該晶體中Ni3+與與Ni2+的離子數(shù)之比。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： 該晶體中 答：該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比為6：91。 91. 006. 022397. 0bababa91691. 006. 023baNiNi2、已知氧化鐵、已知氧化鐵Fex0(富士體富士體)為氯化鈉型結(jié)構(gòu)，在實際晶體為氯化鈉型結(jié)構(gòu)，在實際晶體中，由于存在缺陷，中，由于存在

3、缺陷，x1。今有一批氧化鐵，測得其密度為。今有一批氧化鐵，測得其密度為5.7g/cm3，用，用MoK射線（射線（=71.07pm）測得其面心立方晶）測得其面心立方晶胞衍射指標(biāo)為胞衍射指標(biāo)為200的衍射角的衍射角=9.56（sin=0.1661,Fe的相對的相對原子質(zhì)量為原子質(zhì)量為55.85）。）。 （a）計算）計算Fex0的面心立方晶胞參數(shù)。的面心立方晶胞參數(shù)。 （b）求）求x值。值。 （c）計算）計算Fe2 +和和Fe3+各占總鐵質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。各占總鐵質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 （d）寫出表明鐵的價態(tài)的化學(xué)式。）寫出表明鐵的價態(tài)的化學(xué)式。 解解： (a)pmpmlkha8 .42700256. 9s

4、in201.71sin22220222112333103335.6710022. 671. 5)109 .472(41414molgmolcmcmDNaMNaMDAA11135.6700.1685.55molgmolgxmolgMX=0.92(b)（c）設(shè)0.92mol鐵中Fe2 +的摩爾數(shù)為y，則Fe3+的摩爾數(shù)為（0.92-y），根據(jù)正負(fù)離子電荷平衡原則得： 2y+3(0.92-y)=2 y=0.76 0.92-y=0.16 即Fe2 +和Fe3+%4 .1792. 016. 0%6 .8292. 076. 0（d）富士體氧化鐵的化學(xué)式為 OFeFe316. 0276. 03、NiO晶體為

5、NaCl型結(jié)構(gòu)，將它在氧氣中加熱，部分Ni2+將氧化為Ni3+，成為NixO(x1)。今有一批NixO，測得其密度為6.47gmol-1，用波長=154pm的X射線通過粉末法測得立方晶胞111衍射指標(biāo)的=18.71（sin=0.3208）。（Ni的相對原子質(zhì)量為58.70）（a）計算NixO的立方晶胞參數(shù)； （b）算出x值，寫出標(biāo)明Ni的價態(tài)的化學(xué)式。 （c）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： pmpmpmlkha8 .41633208. 02

6、15411171.18sin2154sin22220222（b）因為NixO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。 1123310331 .7010022. 6)10416(47. 64141molgmolcmcmgNDaMA11110.7000.1670.58molgmolgmolgM設(shè)0.92mol鎳中有y mol Ni2+，則有（0.92-y）mol Ni3+。根據(jù)正負(fù)離子電荷平衡原則，有： 2y+3(0.92-y)=2 y=0.76 0.92-0.76=0.16 所以該氧化鎳晶體的化學(xué)式為： ONiNi316. 0276.

7、0(c) 晶體既為NaCl型結(jié)構(gòu)，則Ni0.76Ni0.16O中O2-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。而鎳離子的空隙占有率有92%。 （d）鎳離子分布在立方晶胞的體心和棱心上，）鎳離子分布在立方晶胞的體心和棱心上，Ni-Ni間間最短距離即體心上和任一棱心上最短距離即體心上和任一棱心上2個鎳離子間的距離，它等個鎳離子間的距離，它等于：于： Ni-Ni間最短距離也等于處在交于同一頂點的間最短距離也等于處在交于同一頂點的2條棱中心條棱中心上的上的2個鎳離子間的距離，即：個鎳離子間的距離，即：pmpmaaa29441622222122

8、pmpmaaa2942416222224、試述玻璃的結(jié)構(gòu)特征及其通性。、試述玻璃的結(jié)構(gòu)特征及其通性。玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無長程周期性。1932年Zachariasen提出關(guān)于玻璃態(tài)SiO2結(jié)構(gòu)的無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說，被1936年Wanen以X射線衍射工作證實。該理論認(rèn)為：玻璃的結(jié)構(gòu)包含許多小的結(jié)構(gòu)單位結(jié)構(gòu)單位（如由中心的硅和四角的4個氧通過共價鍵結(jié)合而成的四面體），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)則的三維網(wǎng)絡(luò)。此結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是頗為開敞的。玻璃的特性主要表現(xiàn)在： 沒有固定

9、的熔點 各向同性 內(nèi)能高 沒有晶界 無固定形態(tài) 性能可設(shè)計性 3，假定玻璃中原子尺寸與晶體，假定玻璃中原子尺寸與晶體SiO2相同，試計算該玻璃的原相同，試計算該玻璃的原子堆積系數(shù)是多少？子堆積系數(shù)是多少？O2-Si4+石英晶體的基本結(jié)構(gòu)單位是硅氧四面體石英晶體的基本結(jié)構(gòu)單位是硅氧四面體. r(Si4+)= 0.040 nm； r(O2-)= 0.135 nm, 硅氧四面體的體積：硅氧四面體的體積： V底面積底面積高高底面積底面積AB 2 r(O2-) AB2= 2 r(O2-)2 + r(O2-)2 =2 0.135 nm2 + 0.135 nm 2 = 0.091 nm2； AB=0.302

10、nm 底面積底面積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底面積底面積高高0.082 0.3370.0276nm32.7610-23cm3M=(1個個Si4個個O）/N0 28.085415.999/(6.021023)=1.5310-22g M / V5.543g/cm3玻璃中原子堆垛系數(shù)為：玻璃中原子堆垛系數(shù)為：2.3/5.5430.415SiO4四面體的四面體的4個頂點均被共用，形成三維骨架結(jié)構(gòu)：三維四個

11、頂點均被共用，形成三維骨架結(jié)構(gòu)：三維四聯(lián)，組成為聯(lián)，組成為Si/O=2,各種形式的各種形式的SiO2均采用該連接方式。常見均采用該連接方式。常見的有石英的有石英(1743K) ，見下圖。，見下圖。 石英為六方晶系，a=0.502nm，c=0.548nm。四面體單元交替看作六方ZnS中的正負(fù)離子。其結(jié)構(gòu)稍微扭曲，四面體沿六重螺旋方向依次連接，根據(jù)螺旋方向不同具有左旋和右旋光學(xué)活性。由高溫向低溫轉(zhuǎn)變時，Si原子位移錯動，一組二次對稱軸消失，且六次螺旋軸變?yōu)槿温菪S（由三方轉(zhuǎn)變?yōu)榱骄担?，六方偏方面體晶類，D6-622（L66L2）。6、試述晶子學(xué)說與無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的主要觀點，并比較兩、試述晶子

12、學(xué)說與無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的主要觀點，并比較兩種學(xué)說在解釋玻璃結(jié)構(gòu)上的共同點和分歧。種學(xué)說在解釋玻璃結(jié)構(gòu)上的共同點和分歧。 晶子學(xué)說：認(rèn)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(zhì)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)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：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個氧通過共價鍵結(jié)合而成的四面體），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)則的三維網(wǎng)絡(luò)。此結(jié)構(gòu)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

13、，因而該結(jié)構(gòu)是頗為開敞的。 7、鉀玻璃中、鉀玻璃中K2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.4%，CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.0%、SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.6%。計算三種氧化物的物質(zhì)的。計算三種氧化物的物質(zhì)的量之比。若需制造量之比。若需制造5.1t鉀玻璃，需用碳酸鉀、石灰石和二氧鉀玻璃，需用碳酸鉀、石灰石和二氧化硅各多少化硅各多少t？ 解：設(shè)鉀玻璃的質(zhì)量為100g，則 K2CO3質(zhì)量為18.4g，物質(zhì)的量為(18.4/138mol)； CaCO3質(zhì)量為11g，物質(zhì)的量為(11/100) mol ； SiO2質(zhì)量為70.6g，物質(zhì)的量為(70.6/60 ) mol。 三者物質(zhì)的量之比

14、1：0.825：8.825 所以三種氧化物K2O ： CaO ： SiO2之比為1：0.825：8.825。 若制造5.1t鉀玻璃則需用 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？陶瓷是指通過燒結(jié)包含有玻璃相和結(jié)晶相的特征的無機(jī)材料，一般由陶土或瓷土等硅酸鹽，經(jīng)過成型燒結(jié)，部分熔融成玻璃態(tài)，通過玻璃態(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）

15、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)中的哪些特點使其得以廣泛應(yīng)用？見教材見教材2.4。按分子量的大小液晶可分為低分子液晶和高分子液晶兩大類。按形成液晶的物理條件，液晶又可分為熱致性液晶、溶致性液晶、壓致性液晶和流致性液晶四大類。結(jié)構(gòu)特征：溶致性液晶一般是雙親化合物與極性溶劑組成的二元或多元體系。雙親化合物在同一個分子內(nèi)具有溶解性不同的兩種基團(tuán)親水基和疏水基。溶致性液晶通常應(yīng)用于構(gòu)筑無機(jī)有機(jī)雜化有序陣列結(jié)構(gòu)。熱致性液晶是溫度變化時形成的液晶態(tài)物質(zhì)。根據(jù)織構(gòu)形態(tài)不同，熱致性液晶可分為三種不同相： 1）. 向列相液晶 （Nematic）向列相液晶組成為剛性中心分子，柔性尾鏈。液晶分子大致以長軸方向平行排列，因此具有一維空間的規(guī)則性，其分子取向長程有序，質(zhì)心無序。該類液態(tài)晶體分子排列的一定順序在電場的作用下會發(fā)生變化，從而影響它的光學(xué)性質(zhì)，即光電效應(yīng)。也使其成為最早被應(yīng)用的液晶，普遍使用于液晶電視、筆記本電腦以及各類型液晶顯示器。2. 近晶相液晶 （Smectic）結(jié)構(gòu)特征：分