【优质文档】无机材料物理化学复习.pdf
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1、优秀学习资料欢迎下载 第一章晶体结构 1 晶体定义 内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体,也就是说,晶体是具有格子构造的固体。 2 晶体的基本性质 固定的熔点各向异性自限性稳定性对称性均匀性晶面角守恒定律 3 非晶体的概念 内部质点排列不规则,不具有长程有序,不具格子构造, 不能自发形成规则多面体外形的无 定形体。 4 结晶作用的基本方式 气固结晶作用升华结晶 液固结晶作用从溶液中结晶、从熔体中结晶 固( 1)固( 2)结晶作用多晶转变、再结晶、固溶体的离析、固相反应结晶作用、重结 晶、反玻璃化作用 一般来说,晶格能越高,离子间结合越牢固,其硬度越大,熔点越高,热膨胀系数越小。 5 结晶化
2、学定律(哥希密特):晶体的结构取决于构成其质点的大小关系、数量关系和极化 性能。 6 最紧密堆积原理:质点之间的作用力使它们之间距离最小,空间最小。 (1)等径球体的密堆 由四个球组成 由六个球组成 (2)不等径球体的密堆 较大的球做紧密堆积,较小的球进入大球堆积所形成的空隙中。 在离子晶体中, 通常负离子半径要比正离子大,所以负离子通常做近似的紧密堆积,而正离 子来填隙。 7 配位数( CN )和配位多面体 配位数( CN ) : 在晶体结构中,一个原子(离子)周围相邻结合的同种原子(异号离子)的个数。 晶胞体积 积一个晶胞内球占的总体 空间利用率100 等如:质点所组成的化合物。不等径球体
3、密堆:不同 等、:点组成的单质晶体。如等径球体密堆:同一质 球体密堆 NaCl AuCuAg 。,空隙率空间利用率 立方密堆排列 六方密堆排列 等径球体密堆95.2505.74 ABCABC ABAB 八面体空隙 四面体空隙 空隙 离子密堆,正离子填隙不等径球体的密堆:负 个八面体空隙有 个四面体空隙有 个球(质点)密堆 个八面体空隙一个球周围有 个四面体空隙一个球周围有 等径球体密堆 n n n 2 6 8 优秀学习资料欢迎下载 配位多面体: 在晶体中,一个原子或离子与最邻近的配位原子或离子组成的多面体。 影响配位数的因素 温度、压力、阳离子类型、极化性能、r 阳/r 阴; 对典型的离子化合
4、物,在通常的温度和压力下,阳离子的配位数主要取决于r 阳/r阴。 8 鲍林( Pauling )规则 1. 第一规则:配位多面体规则 2.第二规则:静电价规则 3. 第三规则:多面体连接的规则 4. 第四规则:不同种类正离子配位多面体间连接规则 5. 第五规则:节约规则 9 典型无机化合物的晶体结构 结构单元:周期性结构具有最小的重复单元。 负离子密堆 方式 正负离子的配 位数 正离子占据的 空隙位置 结构类 型 实例 立方紧密堆 积 66 AX 全部八面体NaCl 型 MgO 、 CaO、 SrO、BaO、MnO 、 FeO、CoO、NiO 、NaCl 等。 立方紧密堆 积 44 AX 1/
5、2 四面体 闪锌矿 型 ZnS、CdS、 HgS、 BeO、SiC 等。 立方紧密堆 积 48 A2X 全部八面体 反萤石 型 Li2O、Na2O、 K2O、 Rb2O 等。 扭曲了的六 方紧密堆积 63 AX21/2 八面体 金红石 型 TiO2、SnO2、GeO2、PbO2、 VO2、NdO2、MnO2等。 六方紧密堆 积 1266 ABO3 1/4 八面体( B) 钙钛矿 型 CaTiO3、 SrTiO3、BaTiO3、 PbTiO3、PbZrO3、SrZrO3等。 立方紧密堆 积 46 4 AB2O4 1/8 四面体( A) 1/2 八面体( B) 尖晶石 型 MgAl2O4、FeAl
6、2O4、ZnAl2O4、 FeCr2O4等。 立方紧密堆 积 46 4 B(AB)O4 1/8 四面体( B) 1/2 八面体 (AB) 反尖晶 石型 FeMgFeO4、Fe 3+Fe2+Fe3+O 4 等。 六方紧密堆 积 44 AX 1/2 四面体 纤锌矿 型 ZnS、 BeO、 ZnO、 -SiC 等。 扭曲了的六 方紧密堆积 63 AX21/2 八面体 碘化镉 型 CdI2、Mg(OH)2、Ca(OH)2等。 立方紧密堆 积 64 A2X32/3 八面体刚玉型 -Al2O3、 -Fe2O3、Cr2O3、 Ti2O3、V2O3等。 简单立方堆 积 88 AX 全部立方体空 隙 CsCl
7、型CsCl、 CsBr、CsI 等。 简单立方堆 积 84 AX21/2 立方体空隙萤石型ThO2、CeO2、UO2、ZrO2等。 优秀学习资料欢迎下载 负离子作最紧密堆积 NaCl (面心立方)氯离子作面心立方密堆积,钠离子填入所有的八面体。每个钠离子周围 有 6 个氯离子,每个氯离子周围有6 个钠离子 反萤石( Na2O )氧离子作面心立方密堆积,钠离子填充立方密堆积中的所有的四面体。 闪锌矿( -ZnS)硫离子作面心立方密堆积,锌离子填入其中的四面体空隙。N个硫离子 密堆积应该有2N四面体空隙, Zn :S=1 :1,即锌离子填入一半的四面体空隙。 纤锌矿( -ZnS)硫离子作六方密堆积
8、,锌离子填入一半的四面体空隙。 金红石( TiO2)氧离子作六方密堆积,钛离子填入1/2 八面体空隙 刚玉( -Al2O3 )氧离子作六方密堆积,铝离子填入2/3 八面体空隙 负离子作简单立方堆积 CsCl (简单立方)氯离子作简单立方堆积,铯离子进入氯离子立方堆积空隙 萤石( CaF2 )氟离子作简单立方堆积,钙离子填充了1/2 氟离子立方堆积空隙 钙钛矿( CaTiO3) Ti 体心, Ca 顶角, O面心。钙离子与氧离子共同形成立方密堆积,钛离 子填充在钙离子与氧离子立方密堆积形成的1/4 八面体空隙 尖晶石( MgAl2O4 )氧离子作面心立方密堆积,镁离子填充立方密堆积中的1/8 四
9、面体空隙, 铝离子填充1/2 四面体空隙 晶体结构与性质的关系1. 硬度 2. 熔点 3. 热膨胀性4. 解理 10 硅酸盐晶体结构 第二章晶体结构缺陷 1 点缺陷的名称:填隙原子,空位,杂质原子 2 点缺陷的分类:热缺陷,杂质缺陷,非化学计量结构缺陷 kT E N n s 2 exp 优秀学习资料欢迎下载 热缺陷(温度高于0 K,吸收能量发生热振动) 弗伦克尔缺陷:如果离开平衡位置的原子进入晶格的间隙位置,成为填隙原子。 空位和间隙原子同时出现,晶体体积不变,密度也不变。 肖特基缺陷:如果离开平衡位置的原子迁移至晶体表面的正常格点位置上,而 晶体内仅有空位,没有等量的间隙原子。仅有空位存在,
10、晶体体积膨胀,密 度下降,正离子空位与负离子空位同时存在。 杂质缺陷:由外来原子进入原有晶体点阵而产生的结构为杂质缺陷。与温度无关, 只取决于溶解度 非化学计量结构缺陷(电荷缺陷) 固溶体: 在固态条件下,一种组分内“溶解”了其它组分而形成的单一、均匀的晶态固体。 (填隙型,置换型) 取代离子的尺寸越相近,越容易形成固溶体,半径相差越大,溶解度越小 固溶体的研究方法 用 x 射线结构分析测定晶胞参数,并测试SS的密度和光学性能来判别SS的类型。 非化学计量化合物 把原子或离子的比例不成简单整数比或固定的比例关系的化合物称为非化学计量化合 物。 非化学计量化合物的类型 ?1. 金属离子过剩,形成
11、阴离子缺位 材料是n 型半导体。 ?2. 金属离子过剩,形成阳离子填隙 ?材料是n 型半导体。 ?3. 阴离子过剩,形成阴离子填隙 ?如: UO2 UO2+x (氧化气氛) ?由于结构中引入电子空穴,这种材料是p 型半导体。 ?4. 阴离子过剩,形成阳离子空位 ?如: FeO ? Fe1-xO (氧化气氛) ?由于结构中引入电子空穴,这种材料是p 型半导体。 OiAl OAl OOTiTiOa322 32 2OAlAl OAl OVTiiOT633 32 2 OOTh ThO OVaCCaOb 2 OiTh ThO OCaaCCaO22 2 OMgMg MgO OVYOYc32 32 OiMg
12、 MgO OOYOY22 32 OOZr ZrO OVlAOAld32 2 32OiZr ZrO OAll AOAl632 2 32 优秀学习资料欢迎下载 线缺陷(位错) : 晶体受外力作用后,内部质点排列变形,原子行列间相互滑移,不符合理想晶格的有秩 序排列,形成线状缺陷。 位错: 刃型位错的特点是位错线与滑移方向垂直。 螺型位错的特点是位错线与滑移方向平行。 第三章熔体和玻璃体 1 熔体的聚合物理论:形成的三阶段 初期:主要是石英颗粒的分化; 中期:缩聚反应并伴随聚合物的变形; 后期:一定T、t 达到聚合解聚平衡。 2 熔体的性质:粘度和表面张力 3 粘度理论:绝对速度理论,自由体积理论,
13、过剩熵理论 4 玻璃的结构 : 晶子假说 无规则网络学说 5 玻璃形成条件:2/3 规则,)( M T,E, 6 形成玻璃的动力学手段 影响析晶因素 : 成核速率Iv 和晶体生长速率u 需要适当的过冷度( T=Tm-T): 过冷度增大,熔体粘度增加,使质点移动困难,难于从熔体中扩散到晶核表面,不 利于晶核长大; 过冷度增大,熔体质点动能降低,有利于质点相互吸引而聚结和吸附在晶核表面, 有利于成核。 7 晶核形成速率与晶体生长速率的关系 1、 过冷度太小或过大, 对成核和生长均不利。只有在一定过冷度下才能有最大的IV 和 u 。 2、IV 和 u 两曲线重叠区,称析晶区,在此区域内,IV 和 u
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