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1、练习题第三章 晶体结构，习题与解答3-1 名词说明a萤石型和反萤石型b类质同晶和同质多晶c二八面体型与三八面体型d同晶取代与阳离子交换e尖晶石与反尖晶石答： a萤石型： CaF2 型结构中， Ca2+按面心立方紧密排列， F-占据晶胞中全部四周体间隙；反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2 型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置， O2- 占据 Ca2+的位置；b类质同象： 物质结晶时， 其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相像的其它离子或原子所占有，共同组成匀称的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象；同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象；c
2、二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，假设有三分之二的八面体间隙被阳离子所填充称为二八面体型结构三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，假设全部的八面体间隙被阳离子所填充称为三八面体型结构；d同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不转变晶体结构类型的现象；阳离子交换： 在粘土矿物中， 当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、 半径大的阳离子 如K+ 、Na+等将进入晶体结构来平稳余外的负电荷，它们与晶体的结合不很坚固，在肯定条件下可以被其它阳离子交换；e正尖晶石：在 AB2O4 尖晶石型晶体结构中，假设A2+ 分布在四周体间隙、而B3+ 分布于八面体间隙，称为正尖晶石；反尖晶石：假设
3、A2+ 分布在八面体间隙、而B3+ 一半分布于四周体间隙另一半分布于八面体间隙，通式为BABO4 ，称为反尖晶石；3-2 a在氧离子面心立方密积累的晶胞中，画出适合氧离子位置的间隙类型及位置， 八面体间隙位置数与氧离子数之比为假设干？ 四周体间隙位置数与氧离子数之比又为假设干？b在氧离子面心立方密积累结构中，对于获得稳固结构各需何种价离子，其中：1全部八面体间隙位置均填满；2全部四周体间隙位置均填满；3填满一半八面体间隙位置；4填满一半四周体间隙位置；并对每一种积累方式举一晶体实例说明之；解： a参见 2-5 题解答； 1:1 和 2:1b对于氧离子紧密积累的晶体，获得稳固的结构所需电价离子及
4、实例如下：1填满全部的八面体间隙，2 价阳离子， MgO ；2填满全部的四周体间隙，1 价阳离子， Li2O ；3填满一半的八面体间隙，4 价阳离子， TiO2 ；4填满一半的四周体间隙，2 价阳离子， ZnO ；3-3 MgO 晶体结构， Mg2+ 半径为 0.072nm，O2- 半径为 0.140nm，运算 MgO 晶体中离子积累系数球状离子所占据晶胞的体积分数；运算MgO 的密度；并说明为什么其体积分数小于74.05%？25333=68.52%密度=424.3+16/6.02310230.424 10-73=3.5112g/cm 3MgO 体积分数小于74.05%，缘由在于 r+/r-=
5、0.072/0.14=0.42350.414 ，正负离子紧密接触，而负离子之间不直接接触，即正离子将负离子形成的八面体间隙撑开了，负离子不再是紧密积累，所以其体积分数小于等径球体紧密积累的体积分数74.05%3-4 Li2O 晶体， Li+ 的半径为 0.074nm，O2- 的半径为 0.140nm，其密度为 1.646g/cm3，求晶胞常数a0；晶胞中 Li2O 的分子数；解： 依据已知密度运算反萤石结构，Li2O的结构是 O2- 作面心立方积累 ,Li+ 占据全部四周体间隙位置 .：依据已知离子半径运算：LiO4 的棱为小立方体的面对角线；从图 3-1 所示尺寸关系知道：将已知数值代入上式
6、并解方程得：3-5 试说明a在 AX 型晶体结构中， NaCl 型结构最多；bMgAl2O4 晶体结构中，按 r+/r- 与 CN 关系， Mg2+ 、Al3+ 都填充八面体间隙，但在该结构中 Mg2+ 进入四周体间隙， Al3+ 填充八面体间隙；而在 MgFe2O4 结构中， Mg2+ 填充八面体间隙，而一半 Fe3+填充四周体间隙；c绿宝石和透辉石中 Si:O 都为 1:3，前者为环状结构，后者为链状结构；答：a在 AX 型晶体结构中，一般阴离子 X 的半径较大，而阳离子 A 的半径较小，所以 X 做紧密积累，A 填充在其间隙中； 大多数 AX 型化合物的 r+/r- 在 0.414 0.
7、732 之间，应当填充在八面体间隙， 即具有 NaCl型结构；并且 NaCl 型晶体结构的对称性较高，所以AX 型化合物大多具有NaCl 型结构；b依据阳、阴离子半径比与配位数之间的关系，Al3+ 与 Mg2+ 的配位数均应当为 6，填入八面体间隙；但是，依据鲍林规章，高电价离子填充于低配位的四周体间隙时，排斥力要比填充八面体间隙中较大，稳定性较差，所以Al3+ 填入八面体间隙，而Mg2+ 填入四周体间隙；而在 MgFe2O4 结构中，由于 Fe3+的八面体择位能为 0，可以进入四周体或八面体间隙，当配位数为4 时， Fe3+离子半径 0.049nm， Mg2+ 离子半径 0.057nm，Fe
8、3+在四周体间隙中更加稳固，所以Mg2+ 填充八面体间隙、一半 Fe3+填充四周体间隙；c绿宝石和透辉石中Si:O 都为 1:3；但是，绿宝石中的其它阳离子Be2+ 和 Al3+ 的离子半径较小，配位数较小 4 或 6，相互间斥力较大，所以绿宝石通过SiO4 顶角相连形成六节环，再通过Be2+和 Al3+ 将六节环连接起来，离子积累结合状态不太紧密，这样晶体结构较稳固；透辉石中是Mg2+ 和 Ca2+，离子半径较大，配位数较大分别为6 和 8，相互间斥力较小，所以透辉石通过SiO4 顶角相连形成单链，离子积累结合状态比较紧密；3-6 表达硅酸盐晶体结构分类原就及各种类型的特点，并举一例说明之；
9、解：硅酸盐矿物依据硅氧四周体的连接方式进行分类，详细类型见表3-1；表 3-1 硅酸盐矿物的结构类型结构类型共用氧数外形络阴离子氧硅比实例岛状0四周体4-SiO 44镁橄榄石 Mg2 SiO 4组群状12六节环Si6O18 12- 3绿宝石 Be3Al 2Si 6 O18链状23单链4-Si 2O632.5透辉石 CaMgSi2 O6层状3平面层4-Si4O102.5滑石 Mg3 Si 4O10OH 2架状4骨架SiO 2 2石英 SiO23-7 堇青石与绿宝石有相同结构，分析其有显著的离子电导，较小的热膨胀系数的缘由；答：堇青石 Mg2Al3AlSi5O18具有绿宝石结构，以 3Al3+2M
10、g2+ 置换绿宝石中的 3Be2+2Al3+ ；6 个SiO4 通过顶角相连形成六节环， 沿 c 轴方向上下迭置的六节环内形成了一个空腔，成为离子迁移的通道，因而具有显著的离子电导；另外离子受热后，振幅增大，但由于能够向结构间隙中膨胀，所以不发生明显的体积膨胀，因而热膨胀系数较小；3-8 a什么叫阳离子交换？b从结构上说明高岭石、蒙脱石阳离子交换容量差异的缘由；c比较蒙脱石、伊利石同晶取代的不同，说明在平稳负电荷时为什么前者以水化阳离子形式进入结构单元层，而后者以配位阳离子形式进入结构单元层；答：a在粘土矿物中， 假如AlO6 层中部分 Al3+ 被 Mg2+ 、Fe2+代替时， 一些水化阳离
11、子 如 Na+、Ca2+等进入层间，来平稳余外的负电荷，在肯定条件下这些阳离子可以被其它阳离子交换，这种现象称为阳离子交换；b高岭石的阳离子交换容量较小，而蒙脱石的阳离子交换容量较大；由于高岭石是1:1 型结构，单网层与单网层之间以氢键相连，氢键强于范氏键，水化阳离子不易进入层间，因此阳离子交换容量较小；而蒙脱石是为 2:1 型结构，复网层间以范氏键相连，层间联系较弱，水化阳离子简洁进入复网层间以平稳余外的负电荷，因此蒙脱石的阳离子交换容量较大；c蒙脱石和伊利石均为2:1 型结构； 但是， 蒙脱石的铝氧八面体层中大约有1/3 的 Al3+ 被 Mg2+ 所取代， 平稳电荷的水化阳离子半径大，而
12、且水化阳离子与负电荷之间距离远，覆网层之间的结合力弱，所以进入层间位置；伊利石的硅氧四周体层中约1/6 的 Si4+ 被 Al3+ 所取代， K+ 进入复网层间以平稳余外的负电荷，K+ 位于上下二层硅氧层的六边形网络的中心，构成KO12 ，K+ 与硅氧层中的负电荷距离近，结合力较强， 因此以配位离子形式进入结构单元；3-9 在透辉石 CaMgSi2O6 晶体结构中， O2-与阳离子 Ca2+ 、Mg2+ 、Si4+ 配位型式有哪几种，符合鲍林静电价规章吗？为什么？答：透辉石 CaMgSi2O6 ，O2- 与阳离子 Ca2+、Mg2+ 、Si4+配位型式有三种，即 2 个桥氧和 2 个非桥氧形成
13、SiO4 ，6 个非桥氧形成 MgO6 ，4 个桥氧和 4 个非桥氧形成 CaO8 ；在教材的图 3-22b 中，同时与 1 个 Si4+ 、2 个 Mg2+ 和 1 个 Ca2+配位的非桥氧，其静电价强度总和为41/4+2 21/6+2 1/8=23/12 ，而同时与 1 个 Si4+、1 个 Mg2+ 和 1 个 Ca2+配位的非桥氧，其静电价强度总和为 41/4+21/6+21/8=19/12，小于其负电价；同时与 2 个 Si4+、2 个 Ca2+配位的桥氧，其静电价强度总和为 421/4+221/8=5/2 ，大于其负电价； 所以不完全符合鲍林静电价规章； 但是其总体电价仍旧平稳的，
14、晶体结构仍旧是稳固的；缘由在于 Mg2+ 和 Ca2+两种离子的离子半径不同、配位数不同、配位氧离子不同桥氧或非桥氧；3-10 同为碱土金属阳离子Be2+、Mg2+ 、Ca2+，其卤化物 BeF2 和 SiO2 结构同， MgF2 与 TiO2 金红石型结构同， CaF2 就有萤石型结构，分析其缘由；答：碱土金属离子 Be2+、Mg2+ 、Ca2+，随着原子序数的增大，离子半径逐步增大，极化性能变化不大；当阴离子同为 F-时，使得其 r+/r- 增大，配位数增大，由BeF2 的 4 配位到 MgF2 的 6 配位，再到 CaF2 的 8配位；3-11 金刚石结构中C 原子按面心立方排列，为什么
15、其积累系数仅为34%；答：为了分析晶体结构便利起见，金刚石结构中C 原子可以看成按面心立方排列；但实际上由于C 原子之间是共价键，具有方向性和饱和性，每个C 原子只与 4 个 C 原子形成价键紧密相邻，所以并没有到达紧密积累紧密积累时每个原子同时与12 个原子紧密相邻，其晶体结构内部存在许多间隙；所以其积累系数仅为 34%，远远小于紧密积累的74.05%第四章 晶体结构缺陷习题与解答4.1 名词说明 a弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；b刃型位错和螺型位错解： a当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平稳位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子， 而原先位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷；假如正
16、常格点上原子，热起伏后获得能量离开平稳位置，跃迁到晶体的外表，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷；b滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错；位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错；4.2 试述晶体结构中点缺陷的类型；以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号；试举例写出CaCl2中 Ca2+ 置换 KCl 中 K+ 或进入到 KCl 间隙中去的两种点缺陷反应表示式；解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种；在 MX 晶体中，间隙原子的表示符号为 MI 或 XI ；空位缺陷的表示符号为： VM 或 VX ；假如进入 MX 晶体的杂质原子是 A，就其表示符号
17、可写成： AM 或 AX 取代式以及 Ai 间隙式；当 CaCl2 中 Ca2+ 置换 KCl 中 K+ 而显现点缺陷，其缺陷反应式如下：CaCl2+ 2ClCl CaCl2 中 Ca2+进入到 KCl 间隙中而形成点缺陷的反应式为：CaCl2+2 +2ClCl4.3 在缺陷反应方程式中，所谓位置平稳、电中性、质量平稳是指什么？解：位置平稳是指在化合物MaXb 中， M 格点数与 X 格点数保持正确的比例关系，即M ： X=a： b；电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷；质量平稳是指方程式两边应保持物质质量的守恒；4.4 a在 MgO 晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，运算在 25和
18、1600时热缺陷的浓度；b假如MgO 晶体中，含有百万分之一mol 的 Al2O3 杂质，就在 1600时， MgO 晶体中是热缺陷占优势仍是杂质缺陷占优势？说明缘由；解： a依据热缺陷浓度公式：exp由题意 G=6ev=6 1.602 10-19=9.612 10-19JK=1.38 10-23 J/KT1=25+273=298K T2=1600+273=1873K298K ：exp10-511873K ：exp=810-9b在 MgO 中加入百万分之一的Al2O3 杂质，缺陷反应方程为：此时产生的缺陷为 杂质；而由上式可知： Al2O3= 杂质当加入 10-6 Al2O3 时，杂质缺陷的浓
19、度为-6杂质= Al 2O3=10由 a运算结果可知：在1873 K ，热=810-9明显： 杂质热，所以在 1873 K 时杂质缺陷占优势；4.5 对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol ，运算该晶体在 1000K 和 1500K 时的缺陷浓度；解：依据热缺陷浓度公式：exp由题意 G=84KJ/mol=84000J/mol就exp其中K当 T1=1000K时，exp= exp10-3当 T2=1500K时，exp= exp10-24.6 试写出在以下二种情形， 生成什么缺陷？缺陷浓度是多少？a在 Al2O3 中，添加 0.01mol% 的 Cr2O3 ， 生成淡红宝石 b在 Al2O3
20、 中，添加 0.5mol% 的 NiO ，生成黄宝石；解： a在 Al2O3 中，添加 0.01mol% 的 Cr2O3 ，生成淡红宝石的缺陷反应式为：Cr2O3生成置换式杂质原子点缺陷；其缺陷浓度为：0.01%0.004%410-3 %b当添加 0.5mol% 的 NiO 在 Al2O3 中，生成黄宝石的缺陷反应式为：2NiO2OO生成置换式的空位点缺陷；其缺陷浓度为：0.5% 0.3 %4.7 非化学计量缺陷的浓度与四周气氛的性质、压力大小相关，假如增大四周氧气的分压， 非化学计量化合物 Fe1-xO 及 Zn1+xO 的密度将发生怎样变化？增大？削减？为什么？解： a非化学计量化合物Fe
21、1-xO，是由于正离子空位，引起负离子过剩：按质量作用定律，平稳常数2Fe Fe+O2g 2Fe+ V+OOO2g OO + V+2hK=由此可得V PO1/6即：铁空位的浓度和氧分压的1/6 次方成正比，故当四周分压增大时，铁空位浓度增加，晶体质量减小， 就 Fe1-xO 的密度也将减小；b非化学计量化合物Zn1+xO，由于正离子填隙，使金属离子过剩：依据质量作用定律ZnO+2e +O2gK= e 2 P-1/6得O即：间隙离子的浓度与氧分压的1/6 次方成反比，故增大四周氧分压，间隙离子浓度减小，晶体质量减小， 就 Zn 1+xO 的密度也将减小；4.8 非化学计量化合物 FexO 中，
22、Fe3+/Fe2+=0.1，求 FexO 中的空位浓度及 x 值；解： 非化学计量化合物 FexO，可认为是 mol 的 Fe2O3 溶入 FeO 中，缺陷反应式为：Fe2O32Fe+ V+3OO 2此非化学计量化合物的组成为：3+已知： Fe/Fe2+FeFeO就： x2+1 31 又： V3+ 正常格点数 N 1+x空位浓度为4.9 非化学计量氧化物 TiO2-x 的制备猛烈依靠于氧分压和温度：a试列出其缺陷反应式；b求其缺陷浓度表达式；解：非化学计量氧化物TiO2-x ，其晶格缺陷属于负离子缺位而使金属离子过剩的类型；a缺陷反应式为：2Ti Ti ./FONTO2 2+3OOb缺陷浓度表
23、达式：OO+2e +O24.10 试比较刃型位错和螺型位错的异同点； V解：刃型位错和螺型位错的异同点见表4-1 所示；表 4-1 刃型位错和螺型位错的异同点刃型位错螺型位错与柏格斯矢量的位置关系柏格斯矢量与刃性位错线垂直柏格斯矢量与螺型位错线平行位错分类刃性位错有正负之分螺形位错分为左旋和右旋位错是否引起晶体畸变和形成应力场引起晶体畸变和形成应力 场，且离位错线越远，晶格畸变越小引起晶体畸变和形成应力 场，且离位错线越远，晶格畸变越小位错类型只有几个原子间距的线缺陷只有几个原子间距的线缺陷第五章 固溶体习题与解答5.1 试述影响置换型固溶体的固溶度的条件；解：1. 离子尺寸因素从晶体稳固性考
24、虑，相互替代的离子尺寸愈相近，就固溶体愈稳固；假设以r1 和 r2 分别代表半径大和半径小的两种离子的半径；当它们半径差30%时，不能形成固溶体；2、晶体的结构类型形成连续固溶体的两个组分必需具有完全相同的晶体结构；结构不同最多只能生成有限固溶体；3、离子的电价因素只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时，才可能形成连续置换型固溶体；4、电负性因素电负性相近，有利于固溶体的生成；5.2 从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差异；解：从化学组成、相组成考虑，固溶体、化合物和机械混合物的区分列下表 5-1 比较之 ；表 5-1 固溶体、化合物和机械混合物比较以 AO 溶质溶解
25、在 B 2O3 溶剂中为例比 较 项固 溶 体化 合 物机 械 混 合 物化学组成B 2-xAxO x =0 2AB 2O4AO+B 2 O3相组成匀称单相单相两相有界面5.3 试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之间的异同点；列出简明表格比较；解：固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物都属晶体结构缺陷，但它们又各有不同，现列表5-2 比较之；表 5-2 固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物比较分形成类缘由形成条件缺陷反应固溶式溶解度肖特基缺陷热缺陷弗伦克晶格热0K 以上0MXM M =只受温度掌握尔缺陷振动MXX X=掺无限置换型固溶体固溶体杂 15% ，溶A 2+电价=B 2+电AO解价
26、， AO结构同BO，电负性相近B 1-xA xO受温度掌握 x=01间隙离有子半径限间小，晶体固隙结构开溶型放，间隙体大YF 3掺杂量 固溶度，受温度掌握组分 30% ，缺Ca2+电陷价 Zr 4+电价2CaOCaO掺杂量 固溶度，受温度掌握阳离子缺位环境中气氛性变价元质素氧化和物在氧压化气氛力中变化O2g2Fe+ V+OOh PO阴离子非间隙化学计量化合阳离子物间隙阴离子缺位变价元素氧化物在复原气氛中O2g+U2hZnO+2e+O2gOO V+2+O2g试写出少量 MgO 掺杂到 Al 2O3 中和少量 YF 3 掺杂到 CaF 2 中的缺陷方程； a判定方程的合理性； b写出每一方程对应的
27、固溶式；解：3MgO2+3OO 12MgO2+ Vo+O O2YF 3Y+F +2FF 32YF32Y+6FF 4（a）书写缺陷方程第一考虑电价平稳，如方程1和 4；在不等价置换时， 3Mg 2+ 2Al 3+ ；2Y 3+ 3Ca2+；这样即可写出一组缺陷方程；其次考虑不等价离子等量置换，如方程2和 32Mg 2+ 2Al 3+ ； Y 3+ Ca2+；这样又可写出一组缺陷方程；在这两组方程中，从结晶化学的晶体稳固性考虑，在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产生间隙型固溶体以外，由于离子晶体中阴离子紧密积累，间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳固性；因而间隙型缺陷在离子晶体中除萤石型较少见；上述四
28、个方程以2和 3较合理；当然正确的判定必需用固溶体密度测定法来打算；（ b）12345.5 一块金黄色的人造黄玉，化学分析结果认为，是在Al 2O3 中添加了 0.5mol%NiO和 0.02mol% Cr 2O 3；试写出缺陷反应方程置换型及化学式；解： NiO 和 Cr 2O3 固溶入 Al 2O3 的缺陷反应为：2NiO2+Vo +2O OCr2O3固溶体分子式为：Cr取 1mol 试样为基准，就m0.005 ； m0.0002 ； m 1 2NiO 2Al 2 O3Cr2 O3 Al 2 O3取代前 Al 2O3 所占晶格为： 0.9975mol Al 2O3取代后各组分所占晶格分别为
29、：Al 2O3 ：molNiO ：molCr2 O3：mol取代后，固溶体的分子式为：0.9973 Al 2O3 0.005 NiO 0.0002 Cr2 O3或 AlNi Cr 0.0004 Ox1.9946=2 0.0004=2 x y2.9975=3x5.6 ZnO 是六方晶系， a=0.3242nm ，c=0.5195nm ，每个晶胞中含2 个 ZnO 分子，测得晶体密度分别为5.74， 5.606 g/cm 3，求这两种情形下各产生什么型式的固溶体？解：六方晶系的晶胞体积V=cm3在两种密度下晶胞的重量分别为W1 =d1 10-23 10-22gW2 =d2 10-23 10-22g
30、理论上单位晶胞重W=g密度是 d1 时为间隙型固溶体，是d2 时为置换型固溶体；5.7 对于 MgO 、Al 2O3 和 Cr 2O 3，其正、负离子半径比分别为0.47、0.36 和 0.40；Al 2 O3 和 Cr 2O3 形成连续固溶体； a 这个结果可能吗？为什么？b试估计，在 MgO Cr 2O3 系统中的固溶度是有限仍是很大？ 为什么？解： aAl 2O3 与 Cr2O3 有可能形成连续固溶体；由于：=10% 15%结构类型相同，均属刚玉型结构；b对于 MgO Cr2O3 系统，由于结构类型相差较大，前者为NaCl 型，后者为刚玉型；虽然=14.89% 15%，也不行能形成完全互
31、溶的固溶体，而只能是有限固溶；5.8 Al 2O3 在 MgO 中将形成有限固溶体，在低共熔温度1995时，约有 18wt% Al 2 O3 溶入 MgO 中， MgO单位晶胞尺寸减小；试估计以下情形下密度的变化；a Al 3+为间隙离子，b Al 3+为置换离子；解： a Al 3+为间隙离子：缺陷反应为：1固溶式分子式：2bAl 3+为置换离子：缺陷反应为：+3固溶式分子式：4取 100g 试样为基准：为摩尔数m 0.176 m 为摩尔数 mMgOMgO 中固溶 18%wt 的 Al 2O3 后的分子式为：2.035 MgO 0.176 Al 2 O3 或 MgAlO 55式各项除以得 M
32、gAlO 6由 6式得 x 代入 2 4式，对 a有即 MgAlOb有 MgAlO设：固溶前后晶胞体积不变，就密度变化为：，分别代表固溶前后密度所以，固溶后的密度小于固溶前的密度；5.9 用 0.2mol YF 3 加入 CaF 2 中形成固溶体，试验测得固溶体的晶胞参数a=0.55nm ，测得固溶体密度 3， 试运算说明固溶体的类型？元素的相对原子质量：Y=88.90 ； Ca=40.08 ； F=19.00 解： YF 3 加入 CaF2的缺陷反应方程如下： YF 3Y+F+2FF 12YF 32Y+V+6FF 2方程 1和 2的固溶式： 1Ca1-xY xF2+x 2 Ca1-3/2xY
33、x F2按题意代入上述固溶式得：间隙型固溶体分子式为CaYF2.2置换型固溶体分子式为CaYF 2；它们的密度分别设为 1 和 2；CaF2 是萤石型晶体，单位晶胞内含有4 个萤石分子；1=3.659g/cm32 =3.346g/cm3由 1 与 2 运算值与实测密度 3 比较， 1 值接近 3，因此 0.2mol YF 3 加入 CaF2 中形成间隙型固溶体；第六章 熔体和非晶态固体6-1 说明熔体中聚合物形成过程？答：聚合物的形成是以硅氧四周体为基础单位，组成大小不同的聚合体；可分为三个阶段初期：石英的分化；中期：缩聚并相伴变形；后期：在肯定时间和肯定温度下，聚合和解聚到达平稳；6-2 简
34、述影响熔体粘度的因素？答：影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成；碱性氧化物含量增加，猛烈降低粘度； 随温度降低，熔体粘度按指数关系递增；6-3 名词说明并比较其异同 晶子学说和无规章网络学说 单键强 分化和缩聚 网络形成剂和网络变性剂答：晶子学说： 玻璃内部是由许多 “晶子 ”组成， 微晶子是带有晶格变形的有序区域；它们分散在无定形介中质， 晶子向无定形部分过渡是逐步完成时，二者没有明显界限；无规章网络学说：但凡成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成；这种网络是由离子多面体三角体或四周体构筑起来的；晶体结构网是由多面体许多次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重
35、复没有规律性；单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商；分化过程：架状 SiO 4 断裂称为熔融石英的分化过程；缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程；网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻璃；即凡氧化物的单键能/熔点 .k 者称为网络形成剂；网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能转变网络结构，从而使玻璃性质转变，即单键强/熔点 .k者称为网络变形剂；6-4 试用试验方法鉴别晶体SiO2 、SiO 2 玻璃、硅胶和 SiO2 熔体；它们的结构有什么不同？ 答：利用 X 射线检测；晶体 SiO 2 质点在三维空间
36、做有规律的排列，各向异性；SiO 2 熔体 内部结构为架状，近程有序，远程无序；SiO2 玻璃各向同性；硅胶疏松多孔；6-5 玻璃的组成是 13wt%Na 2O、13wt%CaO 、74wt%SiO 2 ，运算桥氧分数？ 解：Na2 OCaOSiO2wt%131374mol0.210.231.23mol%12.613.873.6R=12.6+13.8+73.62/ 73.6=2.39 Z=4 X=2R Z=2.392 4=0.72Y=Z X= 4 0.72=3.28氧桥 =69.5%6-6 有两种不同配比的玻璃，其组成如下：序号Na2Owt%Al 2O3wt%SiO2wt%1812802128
37、80试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？ 解：对于 1： Z=4R1=O/Si=2.55 X 1 =2R1 4=1.1Y 1=ZX 1= 4 1.1=2.9对于 2： R2= O/Si=2.45 X 2 =2R2 4=0.9Y 2= 4X 2= 4 0.9=3.1 Y1 Y 2序号 1 的玻璃组成的粘度比序号2 的玻璃小；6-7 在 SiO2 中应加入多少Na2O，使玻璃的，此时析晶才能是增强仍是减弱？ 解：设加入 x mol 的 Na2O，而 SiO 2 的量为 y mol ；就 O/Si=x+2y/ y =2.5 x=y/2即二者的物质量比为1:2 时，；由于 O/Si 增加了，
38、粘度下降，析晶才能增强了；6-8 有一种平板玻璃组成为14Na2O 13CaO 73SiO2wt% 重量百分比，其密度为3,运算玻璃的原子积累系数AFP为多少？运算该玻璃的结构参数值？解：该玻璃的平均分子量GM=0.1462+0.13 56+0.73 60.02=59.77在 1. 3 中原子数为n= No/GM=2.5 1-0246.02 1023 个/. 3在 1. 3 原子所占体积V=0.0252 4/3333+23=0.4685 AFP=0.46结构参数：wt% molmol%Na2 O 140.2313.7CaO 130.2313.7SiO2 731.2272.6R=13.7+13.
39、7+72.62/ 72.6=2.38 Z=4 X=2R Z=2.382 4=0.76Y=Z X= 4 0.76=3.246-9 试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异；答：结构差异：硅酸盐玻璃：石英玻璃是硅酸盐玻璃的基础；石英玻璃是硅氧四周体SiO 4 以顶角相连而组成的三维架状结构； 由于 Si O Si 键角变动范畴大， 使石英玻璃中 SiO 4 四周体排列成无规章网络结构； SiO 2 是硅酸盐玻璃中的主要氧化物；硼酸盐玻璃： B 和 O 交替排列的平面六角环的B O 集团是硼酸盐玻璃的重要基元，这些环通过B O B 链连成三维网络； B 2O3 是网络形成剂； 这种连环结构与
40、石英玻璃硅氧四周体的不规章网络不同，任何O B 三角体的四周空间并不完全被临接的三角体所填充，两个原子接近的可能性较小；性能差异：硅酸盐玻璃：试剂和气体介质化学稳固性好、硬度高、生产方法简洁等优点；硼酸盐玻璃：硼酸盐玻璃有某些优异的特性；例如：硼酐是唯独能用以制造有吸取慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的转化温度比硅酸盐玻璃低得多；硼对中子射线的灵敏度高， 硼酸盐玻璃作为原子反应堆的窗口对材料起屏蔽中子射线的作用；6-10 说明硼酸盐玻璃的硼反常现象？答：硼反常现象：随着 Na2OR2O含量的增加， 桥氧数增大，热膨胀系数逐步下降； 当 Na 2O 含量到达 15% 16%时，桥氧又开头削减，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象；硼反常现象缘由：当数量不多的碱金属氧化物同B 2O3 一起熔融时，碱金属所供应的氧不像熔融SiO 2 玻璃中作为非桥氧显现在结构中，而是使硼转变为由桥氧组成的硼氧四周体；致使B 2O3 玻璃从原先二度空间层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好；这与相同条件下的硅酸盐玻璃性能随碱金属或碱土金属加入量的变