02 晶体的弹性
材料化学习题第二章参考答案
材料化学习题第二章参 考答案 https://www.360docs.net/doc/4c12688904.html,work Information Technology Company.2020YEAR
2章材料化学的理论基础 1.用固体能带理论区别导体、半导体、绝缘体。 根据晶体的能带理论，金属晶体中布里渊区一般有重叠，且部分充填。同一区相邻状 能级非常接近，只要很下的电场就能把电子提升到相邻的较高能级，导电性好； 半导体物质，第一布里渊区是填满的，和空的第二布里渊区之间只有较小的能量间隙 温度升高时，第一布里渊区顶部的电子受到激发，进入到第二布里渊区底部，向自由电子一样，在外加电场的作用下，表现出导电性；温度越高，激发到第二布里渊区的电子越多，其导电性也越强；（ 绝缘体物质，电子填满最低的一系列能带，满带与空带之间的能量间隙很大，电子不能被激发到空带中，因此不能导电。 2.晶体的宏观特性有那些。 自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点这是由构成晶体的原子和晶体内部结构的周期性决定的。说明晶体宏观特性是微观特性的反映 3.说明晶体点阵缺陷的分类情况。 按形成晶体缺陷的原子种类，可将晶体缺陷分成化学缺陷和点阵(几何)缺陷两类。按点阵缺陷在三维空间的尺度，又可将点阵缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。 4.用实验事实简述非晶体材料的几何特征。 5.写出TiO2在还原气氛中失去部分氧，生成的缺陷反应，说明代表的意义。 6.晶体一般的特点有哪些；点阵和晶体的结构有何关系。
（1）晶体的一般特点是： a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体 b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质 c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸 多面体外形 d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点 e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性（2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元点阵＝点阵结构－结构基元 7.晶体衍射的两个要素是什么它们与晶体结构有何对应关系在衍射图上有何反 映。 8. 晶体衍射的两个要素：衍射方向和衍射强度 关系：晶胞大小、形状?衍射方向?衍射（点、峰）的位置 晶胞内原子种类和位置?衍射强度?衍射点（线）的黑度、宽度峰的高度、高度 9.总结位错在金属材料中的作用。 参考答案要点
材料化学-习题解答
1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？ 答：（1）晶体的一般特点是： a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体 b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质 c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸 多面体外形 d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点 e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性 （2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元 点阵＝点阵结构－结构基元 2、下图是一个伸展开的聚乙烯分子，其中C—C化学键长为1.54?。试根据C原子的立体化学计算分子的链周期。 答：因为C原子间夹角约为109.5° ，所以链周期＝2×1.54?×sin(109.5°/2)=2.51? 3、由X射线法测得下列链型高分子的 周期如下，试将与前题比较思考并说明 其物理意义。化学式 链周期 聚乙烯醇 2.52 聚氯乙烯 5.1 聚偏二氯乙烯 4.7 答：由题中表格可知，聚乙烯醇的链周期为2.52 ?，比聚乙烯略大，原因可能是-OH体积比H大，它的排斥作用使C原子间夹角变大，因而链周期加长，但链周期仍包含两个C原子；聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，是聚乙烯链周期的两倍多，这说明它的链周期中包含四个C原子，原因是原子的半径较大Cl原子为使原子间排斥最小，相互交错排列，其结构式如下： 聚偏二氯乙烯链周期为4.7 ?比聚乙烯大的多，而接近于聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，可知链周期仍包含4个C原子。周期缩短的原因是由于同一个C原子上有2个Cl原子，为使排斥能最
材料化学 化工大学课后习题答案讲诉
第一章 1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？ 答：（1）晶体的一般特点是： a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体 b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质 c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸多面体外形 d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点 e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性 （2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元 点阵＝点阵结构－结构基元 2、什么是同质多晶？什么是类质同晶？ 一些组成固定的化合物，由于其内部微粒可以以不同的方式堆积，因而产生不同种类的晶体，我们把这种同一化合组成存在两种或两种以上晶体结构形式的现象为同质多晶现象。 在两个或多个化合物中，如果化学式相似，晶体结构形式相同，并能互相置换的现象，我们称之为类质同晶现象。 3、产生晶体缺陷的原因是什么？晶体缺陷对晶体的物理化学性质的影响如何？ 答：晶体产生缺陷的原因主要有：（1）实际晶体中的微粒总是有限的；（2）存在着表面效应；（3）存在着表面效应；（4）粒子热运动；（5）存在着杂质。 在实际晶体中缺陷和畸变的存在使正常的点阵结构受到了一定程度的破坏或扰乱，对晶体的生长，晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等到都有很大的影响，在生产和科研中非常重要，是固体物理、固体化学和材料科学等领域的重要内容。 第二章 １、晶体的结构特性是什么？这些特性是什么原因引起的？ （1）晶体的均匀性：晶体的均匀性是焓因素决定的；非晶体的均匀性是由熵因素引起的。（2）晶体的各向异性：由于晶体在各个方向上的点阵向量不同，导致了晶体在不同方向上具有不同的物理性质 （3）晶体的自范性：在适宜的外界条件下，晶体能自发生长出晶面，晶棱等几何元素所转成的凸多面体，晶体的这一性质即为晶体的自范性。 （4）晶体的熔点：晶体在受到热作用时，温度升高，组成晶体的点阵上的原子或原子团而因振动加剧，当此振动的能量（平动和转动）达到晶格能（晶格对原子的束缚）时，晶体的结构被破坏，晶体开始熔化。因晶体中各原子所处的环境相同，所以熔化的温度也相同。所以晶体有一定的熔点。 （5）晶体的对称性：晶体的点阵结构决定了晶体的内部结构和理想外形都具有对称性。理
常见的金属晶体结构
第二章作业 2－1 常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数有什么特点 V、Mg、Zn 各属何种结构答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业 4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。 4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂 7~15 天，然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。 4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（～×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（～×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃ 所以 W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工 4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想为什么（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法 1、2 都可以，用方法 3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法 3 就是合理的。经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。 4－10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试分析原因答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。 4－11 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业 5－3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗
材料化学习题第二章参考答案
2章材料化学的理论基础 1.用固体能带理论区别导体、半导体、绝缘体。 根据晶体的能带理论，金属晶体中布里渊区一般有重叠，且部分充填。同一区相邻状能级非常接近，只要很下的电场就能把电子提升到相邻的较高能级，导电性好； 半导体物质，第一布里渊区是填满的，和空的第二布里渊区之间只有较小的能量间隙温度升高时，第一布里渊区顶部的电子受到激发，进入到第二布里渊区底部，向自由电子一样，在外加电场的作用下，表现出导电性；温度越高，激发到第二布里渊区的电子越多，其导电性也越强；（ 绝缘体物质，电子填满最低的一系列能带，满带与空带之间的能量间隙很大，电子不能被激发到空带中，因此不能导电。 2.晶体的宏观特性有那些。 自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点这是由构成晶体的原子和晶体内部结构的周期性决定的。说明晶体宏观特性是微观特性的反映 3.说明晶体点阵缺陷的分类情况。 按形成晶体缺陷的原子种类，可将晶体缺陷分成化学缺陷和点阵(几何)缺陷两类。按点阵缺陷在三维空间的尺度，又可将点阵缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。 4.用实验事实简述非晶体材料的几何特征。 5.写出TiO2在还原气氛中失去部分氧，生成的缺陷反应，说明代表的意义。 6.晶体一般的特点有哪些；点阵和晶体的结构有何关系。 （1）晶体的一般特点是： a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体 b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质 c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸多面体外形 d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点 e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性 （2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元点阵＝点阵结构－结构基元 7.晶体衍射的两个要素是什么？它们与晶体结构有何对应关系？在衍射图上有何反映。 晶体衍射的两个要素：衍射方向和衍射强度 关系：晶胞大小、形状?衍射方向 ? 衍射（点、峰）的位置 晶胞内原子种类和位置?衍射强度 ? 衍射点（线）的黑度、宽度峰的高度、高度
第二章晶体结构与晶体中的缺陷
第二章晶体结构与晶体中的缺陷 内容提要：通过讨论有代表性的氧化物、化合物和硅酸盐晶体结构， 用以掌握与本专业有关的各种晶体结构类型。介绍了实际晶体中点缺陷分 类；缺陷符号和反应平衡。固熔体分类和各类固熔体、非化学计量化学化 合物的形成条件。简述了刃位错和螺位错。 硅酸盐晶体结构是按晶体中硅氧四面体在空间的排列方式为孤岛状、组群状、链状、层装和架状五类。这五类的[SiO4]四面体中，桥氧的数目也依次由0增加到4， 非桥氧数由4减至0。硅离子是高点价低配位的阳离子。因此在硅酸盐晶体中，[SiO4] 只能以共顶方式相连，而不能以共棱或共面方式相连。表2-1列出硅酸盐晶体结构类型及实例。 表2-1 Array硅酸 盐晶 体的 结构 类型
真实晶体在高于0K的任何温度下，都或多或少地存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。晶体中的结构缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷和复合缺陷之分，在无机材料中最基本和最重要的是点缺陷。 点缺陷根据产生缺陷的原因分类，可分为下列三类： （1）热缺陷（又称本征缺陷） 热缺陷有弗仑克儿缺陷和肖特基缺陷两种基本形式。 弗仑克儿缺陷是指当晶格热震动时，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，这种缺陷称为弗仑克儿缺陷。 肖特基缺陷是指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，而在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。 （2）杂质缺陷（非本征缺陷） （3）非化学计量化学化合物 为了便于讨论缺陷反应，目前广泛采用克罗格-明克（Kroger-Vink）的点缺陷符号（见表2-2）。 表2-2 Kroger-Vink缺陷符号（以M2+X2-为例）
材料化学练习题答案
一、名词解释: 材料：人类社会所能够接受的经济地制造有用器件的物质。（可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。） 晶体：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。（具有格子构造的固体） 空间点阵：表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形。（表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。） 晶向：空间点阵的结点可以看成是分列在一系列相互平行的直线上，这些直线系称为晶列，同一个格子可以形成方向不同的晶列，每一个晶列定义了一个方向，称为晶向。 晶面：空间点阵的结点可以从各个方向被划分为许多组平行且等距的平面点阵，这些平面点阵所处的平面称为晶面。 对称：是指物体相同部分作有规律的重复。 点群：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反演轴）的集合。空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素集合。 肖特基缺陷：正常格点上的质点，在热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，而在晶体内部正常格点上留下空位。 弗伦克尔缺陷：在晶格热振动时，一些能量较大的质点离开平衡位置后，进入到间隙位置，形成间隙质点，而在原来位置上形成空位。 置换固溶体：溶质原子替换溶剂原子的位置形成的固溶体。 间隙固溶体：溶质原子填入溶剂晶格间隙中形成的固溶体。 中间相：合金组元间相互作用所形成的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金固相。相律：相平衡体系中揭示相数P ，独立组分数C和自由度F之间关系的规律。 相图：表达多相体系的状态随温度、压力、组成等强度性质变化情况的图形。 二、填空题 1、材料按化学组成，可分为（金属材料）、（无机非金属材料）、（有机高分子材料）、（复合材料）；根据材料的性能，可分为（结构材料）和（功能材料）。 2、物质的三态：气态、液态和固态，从宏观上来看，气体和液体表现为（流动性），固体表现出（固体性）。液体在缓慢降温过程中形成（晶体），在急冷过程中形成（非晶体）。 3、晶体与非晶体的根本区别是：晶体具有（长程有序），而非晶体（长程无序、短程有序）。 4、实际晶体结构、基元和点阵的关系可概括为（晶体结构= 点阵+ 基元）；点阵是周期性重复的（方式），基元是周期性重复的（内容）。
材料化学答案
习题一答案 1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？ 答：（1）晶体的一般特点是： a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体 b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质 c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸多面体外形 d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点 e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性 （2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元 点阵＝点阵结构－结构基元 2、下图是一个伸展开的聚乙烯分子，其中C—C化学键长为1.54?。试根据C原子的立体化学计算分子的链周期。CCCCCCC 答：因为C原子间夹角约为109.5°，所以链周期＝2×1.54?×sin(109.5°/2)=2.51? 3、由X射线法测得下列链型高分子的周期如下，试将与前题比较思考并说明其物理意义。 化学式链周期 聚乙烯醇 2.52 聚氯乙烯 5.1 聚偏二氯乙烯 4.7 答：由题中表格可知，聚乙烯醇的链周期为2.52 ?，比聚乙烯略大，原因可能是-OH 体积比H大，它的排斥作用使C原子间夹角变大，因而链周期加长，但链周期仍包含两个C原子；聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，是聚乙烯链周期的两倍多，这说明它的链周期中包含四个C原子，原因是原子的半径较大Cl原子为使原子间排斥最小，相互交错排列，其结构式如下： HHClHHHClHHHClHHH 聚偏二氯乙烯链周期为4.7 ?比聚乙烯大的多，而接近于聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，可知链周期仍包含4个C原子。周期缩短的原因是由于同一个C原子上有2个Cl原子，为使排斥能最小它们将交叉排列，即每个Cl原子在相邻2个Cl原子的空隙处。这样分子链沿C-C键的扭曲缩小了链周期。 4．石墨分子如图所示的无限伸展的层形分子请从结构中引出点阵结构单位来，已知分子中相邻原子间距为1.42?，请指出正当结构单位中基本向量a和b的长度和它们之间的夹角。每个结构单位中包括几个碳原子？包括几个C-C化学键? 解：点阵结构单元为，基本向量长度2.41?，基本向量之间夹角120o，每个结构单元中包含2个碳原子，包含三个C-C化学键。 5．试叙述划分正当点阵单位所依据的原则。平面点阵有哪几种类型与型式? 请论证其中只有矩形单位有带心不带心的两种型式，而其它三种类型只有不带心的型式? 答：划分正当点阵单位所依据的原则是：在照顾对称性的条件下，尽量选取含点
结晶化学简介
结晶学 结晶学是研究晶体的发生成长、外部形貌、化学成分、晶体结构、物理性质 以及它们的相互关系的学科。晶体广泛存在，从自然界的冰雪和矿物，到日常生 活中的食盐和食糖，陶瓷和钢材，多种固态药品及试剂等，都是晶体。结晶学的 知识被广泛用于地质、冶金、化工、材料科学、工农业生产和尖端科学技术中。 一、结晶学主要研究内容 结晶学包括如下分支： ①晶体生长学。研究晶体发生、成长的机理和晶体的人工合成，用以追溯自 然界晶体形成的环境和指导晶体的人工制备。 ②几何结晶学。研究晶体外形的几何规律，是结晶学的经典内容和基础。 ③晶体结构学。研究晶体中质点排布的规律及其测定。晶体结构资料为阐释 晶体的一系列现象和性质提供依据。 ④晶体化学。研究晶体化学成分与结构的关系，成分、结构与晶体性能、形 成条件的关系,其理论用于解释晶体的一系列现象和性质,指导发现或制备具有 预期特性的晶体。 ⑤晶体物理学。研究晶体的物理性能及其产生机理，对于晶体的利用有重要 指导意义。 晶体是具有格子构造的固体，也就是说，格子构造是一5于晶体格于构造所 决定的，并为所有一切晶体所共有的性质，晶体的基本性质是晶体的共性，是指 晶体所共有的性质，性、均一性、异向性、对称性和稳定性。 二、晶体的特征 陨体所必备的条件。凡是由称之为晶体的基本性质。归纳起来共有五种： 即L1限是指所有的晶体均具有自发地形成封闭的几何多面体外形能力的性 质。晶面就是晶体格子构造中最外层的而网所在，晶棱是最外层面网相交的公共 行列，而角顶则是结点的所在。由于一切晶体都具有格子构造，所以，必然能自 发地形成几何多面体的外形，把它们自身封闭起来。晶面，晶棱和角顶与格子构 造中的面网、行列及结点是相对应的，它们之间的关系见田I—10。但应该指出，
第二章 晶体的结合
第二章 晶体的结合 1.试述离子键、共价键、金属键、范德瓦尔斯和氢键的基本特征。 解：（1）离子键：无方向性，键能相当强；（2）共价键：饱和性和方向性，其键能也非常强；（3）金属键：有一定的方向性和饱和性，其价电子不定域于2个原子实之间，而是在整个晶体中巡游，处于非定域状态，为所有原子所“共有”；（4）范德瓦尔斯键：依靠瞬时偶极距或固有偶极距而形成，其结合力一般与7r 成反比函数关系，该键结合能较弱；（5）氢键：依靠氢原子与2个电负性较大而原子半径较小的原子（如O ，F ，N 等）相结合形成的。该键也既有方向性，也有饱和性，并且是一种较弱的键，其结合能约为50kJ/mol 。 2.有人说“晶体的内能就是晶体的结合能”，对吗？ 解：这句话不对，晶体的结合能是指当晶体处于稳定状态时的总能量（动能和势能）与组成这晶体的N 个原子在自由时的总能量之差，即0E E E N b -=。（其中b E 为结合能，N E 为组成这晶体的N 个原子在自由时的总能量，0E 为晶体的总能量）。而晶体的内能是指晶体处于某一状态时（不一定是稳定平衡状态）的，其所有组成粒子的动能和势能的总和。 3.当2个原子由相距很远而逐渐接近时，二原子间的力与势能是如何逐渐变化的？ 解：当2个原子由相距很远而逐渐接近时，2个原子间引力和斥力都开始增大，但首先引力大于斥力，总的作用为引力，0)(
合金的晶体结构与结晶过程
第八节合金的晶体结构与结晶过程 一、基本概念 ●组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 ●由两种或两种以上的组元按不同比例配制而成的一系列不同化学成分的所有合金，称为合金系。 ●相是指在一个合金系统中具有相同的物理性能和化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开的部分。 ●组织是指用金相观察方法，在金属及其合金内部看到的涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。 二、合金的晶体结构 根据合金中各组元之间的相互作用，合金中的晶体结构可分为固溶体、金属化合物及机械混合物三种类型。 （一）固溶体 ●合金在固态下一种组元的晶格内溶解了另一种原子而形成的晶体相，称为固溶体。 根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。 1．置换固溶体 ●溶质原子代替一部分溶剂原子，占据溶剂晶格的部分结点位置时，所形成的晶体相，称为置换固溶体。 按溶质溶解度的不同，置换固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体。 a) 置换固溶体 b) 间隙固溶体 图1-32 固溶体的类型 2．间隙固溶体 ●溶质原子在溶剂晶格中不占据溶剂晶格的结点位置，而是嵌入溶剂晶格的各结点之间的间隙内时，所形成的晶体相，称为间隙固溶体。 无论是置换固溶体，还是间隙固溶体，异类原子的插入都将使固溶体晶格发生畸变，增加位错运动的阻力，使固溶体的强度、硬度提高。这种通过溶入溶质原子形成固溶体，使合
金强度、硬度升高的现象称为固溶强化。固溶强化是强化金属材料的重要途径之一。 a）间隙固溶体 b）置换固溶体（大溶质原子） c）固溶体（小溶质原子） 图1-33 形成固溶体时产生的晶格畸变 （二）金属化合物 ●金属化合物是指合金中各组元之间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相。 金属化合物具有与其构成组元晶格截然不同的特殊晶格，熔点高，硬而脆。 （三）机械混合物 ●由两相或两相以上组成的多相组织，称为机械混合物。 在机械混合物中各组成相仍保持着它原有晶格的类型和性能，而整个机械混合物的性能则介于各组成相的性能之间，并与各组成相的性能以及相的数量、形状、大小和分布状况等密切相关。 三、合金结晶过程 合金的结晶过程与纯金属一样，也是晶核形成和晶核长大两个过程。同时结晶时也需要一定的过冷度，结晶后形成由多晶体。合金的结晶过程中具有如下特点： （1）纯金属的结晶是在恒温下进行，只有一个结晶温度。而绝大多数合金是在一个温度范围内进行结晶的，一般结晶的开始温度与终止温度是不相同，一般有两个结晶温度。 （2）合金在结晶过程中，在局部范围内相的化学成分（即浓度）有差异，当结晶终止后，整个晶体的平均化学成分与原合金的化学成分相同。 （3）合金结晶后一般有三种情况：第一种情况是形成单相固溶体；第二种情况是形成单相金属化合物或同时结晶出两相机械混合物(如共晶体)；第三种情况是结晶开始时形成单相固溶体，剩余液体又同时结晶出两相机械混合物(如共晶体)。 四、合金结晶冷却曲线 合金结晶过程比纯金属复杂得多，但其结晶过程仍可用结晶冷却曲线来描述。一般合金的结晶冷却曲线有以下三种形式：
材料化学课后题答案
一．内蒙古科技大学材料化学课后题答案二．应用化学专业08 三．什么是纳米材料 答：所谓纳米材料，是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度调制的各种固体超细材料，或由它们作为基本单元构成的材料。 四．试阐述纳米效应及其对纳米材料性质的影响 答： 1.小尺寸效应；使纳米材料较宏观块体材料熔点有显着降低，并使纳米材料呈现出全新的声，光，电磁和热力学特性。 2.表面与界面效应；使纳米颗粒表面具有很高的活性和极强的吸附性。 3. 量子尺寸效应；使纳米微粒的磁，光，热，电以及超导电性与宏观特性有着显着不同。 4. 宏观量子隧道效应；使纳米电子器件不能无限制缩小，即存在微型化的极限。 三．纳米材料的制备方法 答：1.将宏观材料分裂成纳米颗粒。 2.通过原子，分子，离子等微观粒子聚集形成微粒，并控制微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。 四．1．玻璃体：冷却过程中粘度逐渐增大，并硬化形成不结晶且没有固定的化学组成硅酸盐材料。 2.陶瓷：凡是用陶土和瓷土这两种不同性质的黏土为原料经过配料，成型，干燥，焙烧等工艺流程制成的器物都可叫陶瓷。 型半导体：参杂元素的价电子小于纯元素的价电子的半导体。 4.黑色金属：是指铁，铬，锰金属及它们的合金。 5.有色金属:除铁，铬，锰以外的金属称为有色金属。 6.金属固溶体：一种金属进入到另一种金属的晶格内，对外表现的是溶剂的晶格类型的合金。 7.超导体：具有超低温下失去电阻性质的物质。 五．1．简述传统陶瓷制造的主要原料 答：黏土，长石，石英矿是制造传统陶瓷的主要原料。 2.陶瓷是否一定含有玻璃相 答：并非所有的陶瓷材料都含有玻璃相，某些非氧特种陶瓷材料可以近乎100%的晶相形式存在。 3.试讨论超导体性质的形成原理及超导状态时所表现出来的特殊现象 答：电子同晶格相互作用，在常温下形成导体的电阻，但在超低温下，这种相互作用是产生超导电子对的原因。温度越低所产生的这种电子对越多，超导电子对不能相互独立地运动，只能以关联的形式做集体运动。于是整个空间范围内的所有电子对在动量上彼此关联成为有序的整体，超导电子对运动时，不像正常电子那样被晶体缺陷和晶格振动散射而产生电阻，从而呈现无电阻的超导现象。物质处于超导状态时会表现出电阻消失和完全抗磁性现象。 4.简述形状记忆合金原理
结晶化学考试试卷
1 桂林理工大学2012-2013学年《结晶化学与晶体材料》考试试卷 （考试时间120分钟，满分100分） 一、选择题（每题2分，共20分） 1．发现X-射线的科学家是 ( ) A. 阿羽衣 B. 伦琴 C. 布拉格 D. 劳埃 2. 下面哪一种物质不是单晶 ( ) A. 红宝石 B. 冰糖 C. 玻璃 D. 水晶 3. 下面哪一项不属于晶体的基本特征 ( ) A. 对称性 B. 均一性 C. 异项性 D. 各向同性 4. 关于乌尔夫网结构，以下说法正确的是 ( ) A. 视点即南极或北极投影于圆周上。 B ．乌尔夫网圆周或基圆为球面上垂直于投影面的直立小圆的投影。 C ．两个直径为两个相互垂直且垂直于投影面的大圆的投影。 D ．小圆弧相当于投影球上水平大圆。 5. 下列各项中不属于宏观对称操作的是 ( ) A. 对称轴 B. 对称面 C. 倒转轴 D. 平移轴 6. 下列对称轴次哪一种不可能出现 ( ) A. 2 B. 4 C. 5 D. 6 7. 二次轴(L 2 )和对称面(P)的组合可以获得 ( ) A. L 2 P B ．L 2 2P C ．L 2 4P D ．L 2 6P 8. 正交晶系的几何结构特点是 ( ) A. a = b = c ，α = β = γ = 90? B ．a = b ≠ c , α = β = γ = 90? C ．a ≠ b ≠ c , α = β = γ = 90? D ．a ≠ b ≠ c ，α ≠ β ≠ γ 9. NaCl 晶体属等轴晶系，为m3m 点群，该点群符号表明 ( ) A. 垂直于体对角线（a+b+c)的方向有对称面：标为“m”。 B ． 平行于面对角线（a+b)有3次对称轴：标为“3”。 C 垂直于面对角线方向有对称面“m”。标记为“m”。 C ． m3m 没有完全包含必要对称元素，不能操作出该晶系了。 10. 下面哪个数据库和晶体学没有关系 ( ) A ． The Cambridge structural Database (CSD) B ． The Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) C ． The Protein Data Bcmk (PDB) D ． Spectral Database for Organic Compounds (SDBS) 二、填空题（每空1分，共20分） 1.晶体是指 ； 非晶体是指 ； 准晶是指 。 2．通过集合晶体内部所有对称元素，可以获得 种点群， 种布拉维格子， 种空间群。 3.微观对称元素只能在 中出现，它 和宏观对称元素的区别在于 。 4. 请写出布拉格方程的简明公式 。 5. 面角守恒定律是指 。 6. 按照在晶体中分布的几何状态，晶体中的缺陷类型可以分为： 、 、 、 。 7. 写出两种晶体生长理论的名称： 、 。 8. 写出两种可以用于做半导体的晶体材料 、 。 9. 写出两种常见的压电晶体 、 。 三、判断题（每题2分，共20分） 1．对于同种晶体而言，对应晶面的夹角是可以变化的。 ( )
新超弹性有机晶体
某些有机晶体也具有超弹性 众所周知，橡胶是有弹性的。日本横滨市立大学的研究人员首次在有机晶体中发现了另一种完全不同形式的超弹性，其源于晶体结构内部的分子变化，此前这种现象只在合金和某些无机材料中被发现。这类超弹性有机晶体在建筑和医学领域当中具有潜在应用价值。该研究结果刊登在最新一期的德国《应用化学》杂志上。 超弹性，也被称为“伪弹性”，是特殊材料经受极度的变形，当压力被释放后，可以恢复到原来形状的能力。其使一些合金被拉长至普通弹簧钢的十倍以上而没有发生永久变形。该机制与涉及到橡胶状物质的正常弹性不同。在橡胶中，聚合物链通过张力被拉伸，而在超弹性材料中，机械应力触发晶体结构，没有单个原子位置的变化；当应力去除，材料恢复到原来的结构。 该大学研究人员首次发现一种叫做terepthalamide的有机水晶就具有超弹性。这种晶体只需施加很小的应力下就能表现出出人意料的超弹性行为。 最初在这种晶体的一个特定表面上作用剪切应力导致其弯曲，然后再过渡到不同的结晶相。所施加的压力越大，整个晶体遍布的这种状态越多。当张力被释放后，又可恢复到其原始结构。研究人员重复这种超弹性变形100次，该材料没有出现疲损迹象。 据物理学家组织网5月8日（北京时间）报道，该晶体由单个有倾斜的分子构成，如同“AAAAA这样层层排列”。当作用剪切应力时，引起分子层内的角度发生变化，形成了塞满密集的“A''''BA''''BA''''B层的排列”。原各层本是由氢网合在一起，在压力下破裂，在相变过程中重新排列。 有机超弹性材料可用作建筑上的有趣的候选材料，在应用中具有类似“自我修复”汽车零部件的“形状记忆”。还可应用于包括由单组件和抑制振动的关节。在医学移植领域，这类材料制成的植入物可以很容易经受变形并返回到之前理想的形状和尺寸。
材料化学作业题答案
材料化学作业 第一章 1、晶体的一般特点是什么？点阵和晶体的结构有何关系？ 晶态固体具有长程有序的点阵结构，即其中组成单元是处于一定格式空间排列的状态。 1、晶体的周期性：晶体是一种内部粒子或粒子集团在空间按一定规律周 期性重复排列而成的固体。结构基元和大小方向为二个要素。 2、点阵结构与点阵：将晶体结构中的每个结构基元抽象成一个点，将这 些点按照周期性重复的方式排列，就可构成点阵。 2、什么是同质多晶？什么是类质同晶？ 一些组成固定的化合物，由于其内部微粒可以以不同的方式堆积，因而产生不同种类的晶体，我们把这种同一化合组成存在两种或两种以上晶体结构形式的现象为同质多晶现象。 同种化合物的不同晶型，在其物理、化学性质上可能差别很大，如金刚石与石墨。 3、产生晶体缺陷的原因是什么？晶体缺陷对晶体的物理化学性质的影响如 何？ （1）实际晶体中的微粒数量是有限的； （2）晶体中所有的微粒并非处在晶格中相应位置静止不动，而是在其平衡位置附近不停的振动； （3）实际晶体中多少存在一定的缺陷。这些缺陷是指偏离理想的点阵结构情况。 晶体的结构缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷等情况。 在实际晶体中缺陷和畸变的存在使正常的点阵结构受到了一定程度的破坏或扰乱，对晶体的生长，晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等到都有很大的影响，在生产和科研中非常重要，是固体物理、固体化学和材料科学等领域的重要内容。 第二章 １、晶体的结构特性是什么？这些特性是什么原因引起的？ 答１、晶体的均匀性、２、晶体的各向异性、３、晶体的自范性、４、晶体的熔点、５、晶体的对称性。 晶态物质有别于气体、液体的最典型特征是具有点阵结构，正是由于本身结构的特殊性，使晶体呈现出与其它物质完全不同的特殊性质。
晶体结构及缺陷
晶体结构及缺陷
晶体结构与晶体中的缺陷 17、Li 2O 的结构是O 2-作面心立方堆积，Li +占据所有四面体空隙位置，氧离子半径为0.132nm 。求： (1)计算负离子彼此接触时，四面体空隙所能容纳的最大阳离子半径，并与书末附表Li +半径比较，说明此时O 2-能否互相接触。 (2)根据离子半径数据求晶胞参数。 (3)求Li 2O 的密度。 解：（1）如图2-2是一个四面体空隙，O 为四面体中心位置。 -++=r r AO ，-=r BC 2， -=r CE 3， 3/323/2-==r CE CG 3/62-=r AG ， OGC ?∽EFC ?，CF EF CG OG //=， 6/6/-=?=r CG CF EF OG 2/6-=-=r OG AG AO ，301.0)12/6(=-=-=--+r r AO r r +=[(6)1/2/2-1]r-=0.0297nm 或r +=0.132*0.225=0.0297nm 查表知Li r + +=0.068nm>0.0297nm ，∴O 2-不能互相接触； （2）体对角线=a 3=4(r ++r -)， a=0.4619nm ；（3） ρ=m/V=1.963g/cm 3 图2-2 四面体空隙
28、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型： Mg2[SiO4]，K[AISi3O8]，CaMg[Si2O6]，Mg3[Si4O10](OH)2，Ca2Al[AlSiO7]。 解：岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。 23、石棉矿如透闪石Ca2Mg5[Si4O11](OH)2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg2[Si4O10](OH)2却具有片状结晶习性，试解释之。 解：透闪石双链结构，链内的Si-O键要比链5的Ca-O、Mg-O键强很多，所以很容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结构，复网层由两个[SiO4]层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网层之间靠教弱的分之间作用力联系，因分子间力弱，所以易沿分子间力联系处解理成片状。 24、石墨、滑石和高岭石具有层状结构，说明它们结构的区别及由此引起的性质上的差异。 解：石墨中同层C原子进行SP2杂化，形成大Π键，每一层都是六边形网状结构。由于间隙较大，电子可在同层中运动，可以导电，层间分子间力作用，所以石墨比较软。解：石墨C：属六方晶系，配位数为3，具有平面三角形配位，6个碳原子分别以共价键结合成六边形碳环，各环之间共棱组成无限大的碳网层，层与层之间靠范德华力作用，作用力很弱，同时由于碳网层上的原子与电价没有饱和，多余的自由电子分布在层之间，电子间的相互排斥，使得层与层之间更容易断裂，因而石墨的硬度很低，易破碎有滑腻感和良好的片状解理且结构中的大π键（SP2杂化轨道形成大π键）使其能导电，不含结构水能耐高温。 Mg3[Si4O10](OH)2滑石复网层结构属单斜晶系，上下为2层[SiO4]四面体层
材料化学 化工大学课后习题答案
第一章 1、晶体一般的特点是什么点阵和晶体的结构有何关系 答：（1）晶体的一般特点是： a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体 b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质 c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸多面体外形 d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点 e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性 （2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元 点阵＝点阵结构－结构基元 2、什么是同质多晶什么是类质同晶 一些组成固定的化合物，由于其内部微粒可以以不同的方式堆积，因而产生不同种类的晶体，我们把这种同一化合组成存在两种或两种以上晶体结构形式的现象为同质多晶现象。 在两个或多个化合物中，如果化学式相似，晶体结构形式相同，并能互相置换的现象，我们称之为类质同晶现象。 3、产生晶体缺陷的原因是什么晶体缺陷对晶体的物理化学性质的影响如何 答：晶体产生缺陷的原因主要有：（1）实际晶体中的微粒总是有限的；（2）存在着表面效应；（3）存在着表面效应；（4）粒子热运动；（5）存在着杂质。 在实际晶体中缺陷和畸变的存在使正常的点阵结构受到了一定程度的破坏或扰乱，对晶体的生长，晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等到都有很大的影响，在生产和科研中非常重要，是固体物理、固体化学和材料科学等领域的重要内容。 第二章 １、晶体的结构特性是什么这些特性是什么原因引起的 （1）晶体的均匀性：晶体的均匀性是焓因素决定的；非晶体的均匀性是由熵因素引起的。（2）晶体的各向异性：由于晶体在各个方向上的点阵向量不同，导致了晶体在不同方向上具有不同的物理性质 （3）晶体的自范性：在适宜的外界条件下，晶体能自发生长出晶面，晶棱等几何元素所转成的凸多面体，晶体的这一性质即为晶体的自范性。 （4）晶体的熔点：晶体在受到热作用时，温度升高，组成晶体的点阵上的原子或原子团而因振动加剧，当此振动的能量（平动和转动）达到晶格能（晶格对原子的束缚）时，晶体的结构被破坏，晶体开始熔化。因晶体中各原子所处的环境相同，所以熔化的温度也相同。所以晶体有一定的熔点。 （5）晶体的对称性：晶体的点阵结构决定了晶体的内部结构和理想外形都具有对称性。理
材料化学答案档
材料化学答案档
习题一答案 1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？ 答：（1）晶体的一般特点是： a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体 b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质 c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸多面体外形 d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点 e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性 （2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元 点阵＝点阵结构－结构基元 2、下图是一个伸展开的聚乙烯分子，其中C—C化学键长为1.54?。试根据C原子的立体化学计算分子的链周期。CCCCCCC 答：因为C原子间夹角约为109.5°，所以链周期＝2×1.54?×sin(109.5°/2)=2.51? 3、由X射线法测得下列链型高分子的周期如下，试将与前题比较思考并说明其物理意义。 化学式链周期 聚乙烯醇 2.52 聚氯乙烯 5.1 聚偏二氯乙烯 4.7 答：由题中表格可知，聚乙烯醇的链周期为2.52 ?，比聚乙烯略大，原因可能是-OH 体积比H大，它的排斥作用使C原子间夹角变大，因而链周期加长，但链周期仍包含两个C原子；聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，是聚乙烯链周期的两倍多，这说明它的链周期中包含四个C原子，原因是原子的半径较大Cl原子为使原子间排斥最小，相互交错排列，其结构式如下： HHClHHHClHHHClHHH 聚偏二氯乙烯链周期为4.7 ?比聚乙烯大的多，而接近于聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，可知链周期仍包含4个C原子。周期缩短的原因是由于同一个C原子上有2个Cl原子，为使排斥能最小它们将交叉排列，即每个Cl原子在相邻2个Cl原子的空隙处。这样分子链沿C-C键的扭曲缩小了链周期。 4．石墨分子如图所示的无限伸展的层形分子请从结构中引出点阵结构单位来，已知分子中相邻原子间距为1.42?，请指出正当结构单位中基本向量a和b的长度和它们之间的夹角。每个结构单位中包括几个碳原子？包括几个C-C化学键? 解：点阵结构单元为，基本向量长度2.41?，基本向量之间夹角120o，每个结构单元中包含2个碳原子，包含三个C-C化学键。 5．试叙述划分正当点阵单位所依据的原则。平面点阵有哪几种类型与型式? 请论证其中只有矩形单位有带心不带心的两种型式，而其它三种类型只有不带心的型式?