无机材料科学基础考试重点内容

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1、配位数:晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。配位体:晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成 的多面体。同质多晶:同一化学组成在不同外界条件下(温度、压力、pH值等),结晶成为两种以上 不同结构晶体的现象。多晶转变:当外界条件改变到一定程度时,各种变体之间发生结构转变,从一种变体转变成 为另一种变体的现象。位移性转变:不打开任何键,也不改变原子最邻近的配位数,仅仅使结构发生畸变,原子从 原来位置发生少许位移,使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。重建性转变:破坏原有原子间化学键,改变原子最邻近配位数,使晶体结构完全改变原样的 一种多晶转变形式。晶体场理论:

2、认为在晶体结构中,中心阳离子与配位体之间是离子键,不存在电子轨道的重 迭,并将配位体作为点电荷来处理的理论。配位场理论:除了考虑到由配位体所引起的纯静电效应以外,还考虑了共价成键的效应的理 论。临界半径比的定义:紧密堆积的阴离子恰好互相接触,并与中心的阳离子也恰好接触的条件 下,阳离子半径与阴离子半径之比。萤石型:CaF2型结构中,Ca2+按面心立方紧密排列,F-占据晶胞中全部四面体空隙。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, 02-占据Ca2+的位置。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 性质相似的其它离子或原子所占有,共

3、同组成均匀的、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。二八面体型:在层状硅酸盐矿物中,若有三分之二的八面体空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,若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结 构。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改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衡多余的负电荷,它们与晶体的结合不 很牢固,在一定条件下可以被其它阳离子交换。弗伦克尔

4、缺陷与肖特基缺陷:当晶体热振动时,一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到 晶格点的间隙中,形成间隙原子,而原来位置上形成空位,这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如 果正常格点上原子,热起伏后获得能量离开平衡位置,跃迁到晶体的表面,在原正常格点上 留下空位,这种缺陷称为肖特基缺陷。刃型位错和螺型位: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。晶子学说:玻璃内部是由无数“晶子”组成,微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分在 无定形介中质,晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时,二者没有明显界限。无规则网络学说:凡是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

5、网络 所构成。这种网络是由离子多面体(三角体或四面体)构筑起来的。晶体结构网是由多 面体无数次有规律重复构成,而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。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Si04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0.74kJ/mol.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,但能改变网络结构,从而使玻璃性质改变,即单键 强/熔点 0.125kJ/mol.k者称为网络变

6、形剂。泥浆的流动性:是指泥浆含水量低,黏度小而流动度大的性质。泥浆的触变性:是泥浆静止不动时似凝固体,一经扰动或摇动,凝固的泥浆又重新获得流动 性。如再静止又重新凝固,这样可以重复无数次。泥浆从流动状态到触变状态是逐渐的,非 突变的,并伴随着黏度的增高。Z -电位:黏土胶粒分散在水中时,因吸附层与扩散层各带有相反的电荷,所以相对移动时 两者之间就存在着电位差,这个电位差称电动电位或Z -电位凝聚系统:不含气相或气相可以忽略的系统。介稳平衡:即热力学非平衡态,能量处于较高状态,经常出现于硅酸盐系统中。低共熔点:是一种无变量点,系统冷却时几种晶相同时从熔液中析出,或加热时同时融化。 双升点:处于交

7、叉位的单转熔点。双降点:处于共轭位的双转熔点。马鞍点:三元相图界线上温度最高点,同时又是二元系统温度的最低点。连线规则:将一界线(或其延长线)与相应的连线(或其延长线)相交,其交点是该界线上 的温度最高点。切线规则:将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交,如交点在连线上,则表示界线上 该处具有共熔性质;如交点在连线的延长线上,则表示界线上该处具有转熔性质,远离交点 的晶相被回吸。三角形规则:原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物;与这三 个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。重心规则:如无变点处于其相应副三角形的重心位,则该无变点为低共熔点:如无变点处

8、于 其相应副三角形的交叉位,则该无变点为单转熔点;如无变点处于其相应副三角形的共轭位, 则该无变点为双转熔点。一级相变:体系由一相变为另一相时,两相的化学势相等但化学势的一级偏微商不相等的相 变。二级相变:体系由一相变为另一相时,两相的化学势和化学势的一级偏微商都相等,但二级 偏微商不相等的相变。马氏体相变:一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极速的速 率而进行相变成为马氏体相变。均匀成核:晶核从均匀的单相熔体中产生的概率处处是相同的。非均匀成核:借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化等而形成晶核的过程。玻璃析晶:指由于玻璃的内能较同组成的晶体为高,所以玻璃处于介

9、稳状态,在一定条件下 存在着自发地析出晶体的倾向,这种出现晶体的现象叫做玻璃析晶。玻璃分相:是在一定温度下,玻璃里面的硼、钠等离子出现的一定程度的聚集,形成了富硼 相、富钠相区域。玻璃的材质不再均匀分布,而是形成的有较大区别的不同区域。这类现象 称为分相。A本征扩散:主要依赖热缺陷进行的扩散叫本征扩散稳定扩散:是指扩散过程中扩散物质的浓度分布不随时间变化的扩散过程,这类问题可直接 用Fick第一定律解决。问答题:以NaCl晶胞为例,试说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数 量。以NaCl晶胞中(001)面心的一个球(Cl-离子)为例,它的正下方有1个八面体空隙(体 心位置),与其

10、对称,正上方也有1个八面体空隙;前后左右各有1个八面体空隙(棱心位 置)。所以共有6个八面体空隙与其直接相邻,由于每个八面体空隙由6个球构成,所以属 于这个球的八面体空隙数为6X 1/6=1 o在这个晶胞中,这个球还与另外2个面心、1个顶角上的球构成4个四面体空隙(即1/8小 立方体的体心位置);由于对称性,在上面的晶胞中,也有4个四面体空隙由这个参与构成。 所以共有8个四面体空隙与其直接相邻,由于每个四面体空隙由4个球构成,所以属于这个 球的四面体空隙数为8X 1/4=2。什么叫阳离子交换?在粘土矿物中,如果A1O6层中部分A13+被Mg2+、Fe2+代替时,一些 水化阳离子(如Na+、Ca

11、2+等)进入层间,来平衡多余的负电荷,在一定条件下这些阳离 子可以被其它阳离子交换,这种现象称为阳离子交换。从结构上说明高岭石、蒙脱石阳离子交换容量差异的原因。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。因为高岭石是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,水化阳离子容易进入复网层间以平衡 多余的负电荷,因此蒙脱石的阳离子交换容量较大。比较蒙脱石、伊利石同晶取代的不同,说明在平衡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

12、形式进入结构单元层。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A13+被Mg2+所取代,平衡电荷的水化阳离子 半径大,而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。 伊利石的硅氧四面体层中约1/6的Si4+被A13+所取代,K+进入复网层间以平衡多余的负电 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。试述影响置换型固溶体的固溶度的条件:离子尺寸因素从晶体稳定性考虑,相互替代的离子尺寸愈相近,则固溶体愈稳定。若以r1和r2分别代表勺- b半径大

13、和半径小的两种离子的半径。当它们半径差九 15%时,形成连续置换型固溶体。若此值在1530%时,可以形成有限置换型固溶体。而此值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须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。说明熔体中聚合物形成过程:聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位,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:缩聚并伴随变形;后期:在一定时间 和一定温度下,聚合和解聚达到平衡。简述影响熔体粘

14、度的因素: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,剧烈降低粘度。随温度降低,熔体粘度按指数关系递增。试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异:结构差异:硅酸盐玻璃:石英玻 璃是硅酸盐玻璃的基础。石英玻璃是硅氧四面体SiO4以顶角相连而组成的三维架状结构。 由于SiOSi键角变动范围大,使石英玻璃中SiO4四面体排列成无规则网络结构。SiO2 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BO集团 是硼酸盐玻璃的重要基元,这些环通过BOB链连成三维网络。B2O3是网络形成剂。 这种连环结构与石英玻璃硅氧四面体的不规则网络不同,任何OB三角体的

15、周围空间并不 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 气体介质化学稳定性好、硬度高、生产方法简单等优点。硼酸盐玻璃:硼酸盐玻璃有某些 优异的特性。例如:硼酐是唯一能用以制造有吸收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。硼反常现象:随着Na2O(R2O)含量的增加,桥氧数增大,热膨胀系数逐渐下降。当 Na2O含量达到15%16%时,桥氧又开始减少,热膨胀系数重新上升,这种反常现象就是 硼反常现象。原因;当数量不多的碱金属氧化物同B2O3 一起熔融时,

16、碱金属所提供的氧 不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中,而是使硼转变为由桥氧组成的硼氧四面体。 致使B2O3玻璃从原来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 属加入量的变化规律相反。影响湿润的因素有那些?(i)固体表面粗糙度当真实接触角e小于90时,粗糙度越大, 表面接触角越小,就越容易湿润;当8大于90,则粗糙度越大,越不利于湿润。吸附 膜吸附膜的存在使接触角增大,起着阻碍作用。说明吸附的本质?吸附是固体表面力场与吸附分子发出的力场相互作用的结果,它是发生在 固体上的。根据相互作用力的性质不同,可分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附:由

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