无机材料物理化学第三篇第一章 王亮
无机(三)第1章(精华版)
平衡时:
ΔrGm(T) =ΔrGmӨ(T) + RT·lnQeq = 0
定义标准平衡常数: KӨ = Qeq
则：lnKӨ = -ΔrGmӨ(T)/RT
KӨ是平衡态的反应商。 KӨ与反应体系初始状态及反应途径无关. KӨ与化学反应方程式书写形式及温度有关。
(2)多重平衡规则
如果一个总反应是多个分反应的总和,则总反应的平衡常 数是多个分反应平衡常数的乘积.即：
简述1
第一章 化学热力学与化学平衡
§1 : 称研究对象为系统; 环境: 系统之外，与系统有密切联系的部分称为环境.
系统可分成敞开、封闭、孤立体系三类。
1.2 相
相:系统内性质相同，组成均匀的部分称为相 一个物种可以以一个相，也可以以多个相存在； 一个相可以是单一物种，也可以是多个物种构成。
ΔrHmӨ(298.15K) 、 ΔrSmӨ(298.15K)
ΔrGmӨ(T) ≈ ΔrHmӨ(298.15K) - T·ΔrSmӨ(298.15K)
ΔrGm(T) =ΔrGmӨ(T) + RT·lnQ
5.2.2 化学反应平衡常数
(1)标准平衡常数KӨ与ΔrGmӨ之间关系
对于自发反应： ΔrGm(T) =ΔrGmӨ(T) + RT·lnQ < 0
简述2
3.1 化学反应热效应
3.1.1 反应热及其测量
化学反应过程中吸收或者释放的热量称为反应热效应, 或简称反应热. 规定:吸热值为“+”,放热值为“-”
弹式热量计测量的反应热是qv , 精度比较高。
3.1.2 反应热与热力学能变及与焓变的关系
1)恒容过程的qV 与△U 间关系:
qV = △U
2)恒压过程qp与△H 间关系: 定义 : H ≡ (U+ pV ) qp = △H
无机固体材料化学3
2 固溶体的分类
• 连续固溶体， 例如： • Mg1-xNixO • 0 x 1 • 有限固溶体 • Mg1-xCaxO • 0 x 0.05 • Ca1-xMgxO • 0 x 0.05
• 置换型固溶体 • 主晶格：基质 • 取代缺陷：溶 质： • （Al2-yCry)O3 • CrAl • 取代几率为y
CaCl2 CaNa VNa 2ClCl
• 离子价差对固溶度和生成中间化合物倾向 的影响： • MgO-Al2O3 有限固溶体， 一个中间化合物 • MgO-TiO2 不互溶 三个中间化合物 • Li2O-MoO3 不互溶 四个中间化合物
3 场强因素
• 电场强度：Z/d2 • Z：正离子的价数；d： 正、负离子半径之和。 • 离子场强差：(Z/d2) • 对于氧化物，正离子 场强差越大，生成的 化合物越多，越不易 生成固溶体。
• 萤石(CaF2)和反 萤石(Na2O)结构 易形成填隙阴离 子Fi和空位： • FF=Fi+VF • 或填隙阳离子Nai 和空位： • NaNa=Nai+VNa
(2)肖特基(Schottky) 缺陷 • 热缺陷，体相原子向 表面或界面扩散的过 程。 • NaCl(b)=Na(f)+Cl(f)+ VCl(b)+VNa(b) • 空位缺陷对 • 高温碱金属卤化物晶 体中。
73.0
80.0
一个中间化 合物
三个中间化 合物
BaO-BeO Ba2+ 13.6 10.9
• • • • • •
E=-Ar-1+Br-n A：马德仑常数 r：原子间距 B：排斥能系数 n：大约为10 核间距减小晶体 结构受到破坏
2 离子价
• • • •
粘土砖的腐蚀劣化机理_王亮
四川建筑科学研究S i c h u a nB u i l d i n g S c i e n c e 第34卷 第1期2008年2月收稿日期:2006-11-29作者简介:王 亮(1981-),男,辽宁朝阳人,硕士研究生,研究方向为文物保护中的应用化学。
E-m a i l :w a n g l i a n g 810302@126.c o m粘土砖的腐蚀劣化机理王 亮,詹予忠,沈国鹏,陈宜俍(郑州大学化学工程学院,河南郑州 450001)摘 要:综述了粘土砖在不同条件下的腐蚀劣化机理,从盐类作用、微生物作用、冻融循环、地下水作用以及沥滤作用等几方面,总结了粘土砖腐蚀劣化的主要原因,为以粘土砖为原料的建筑,特别是古建筑的保护提供了理论依据。
关键词:粘土砖;腐蚀;劣化;机理中图分类号:T U 522 文献标识码:A 文章编号:1008-1933(2008)01-0142-04T h e w e a t h e r i n g a n dd e t e r i o r a t i n g m e c h a n i s m o f c l a y b r i c kWA N GL i a n g ,Z H A NY u z h o n g ,S H E NG u o p e n g ,C H E NY i l i a n g(C o l l e g eo f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g ,Z h e n g z h o uU n i v e r s i t y ,Z h e n g z h o u 450001,C h i n a )A b s t r a c t :T h e w e a t h e r i n g a n d d e t e r i o r a t i n g m e c h a n i s mo f c l a y b r i c k a t d i f f e r e n t c o n d i t i o n w a s r e v i e w e d .T h e m a i n c a u s e o f d e t e r i o r a t i n g w a s s u m m e d .T h e yw e r es a l te f f e c t ,m i c r o o r g a n i s m e f f e c t ,f r e e z i n ga n d t h a w i n ga l t e r n a t i n ga n d l e a c h i n ge f f e c t .T h es t u d yo f m e c h a n i s mp r o v i d e dt h e a c a d e m i c f o u n d a t i o nf o r t h e p r o t e c t i o no f c l a yb r i c kb u i l d i n g s ,e s p e c i a l l y a n c i e n t b u i l d i n g s .K e yw o r d s :c l a y b r i c k ;w e a t h e r i n g ;d e t e r i o r a t e ;m e c h a n i s m1 概 述粘土砖是世界上最古老的人造建筑材料,它的生产和应用历史大概可以追溯到一万年以前。
无机材料物理化学课后习题及答案
第一章几何结晶学基础1-1.晶体、晶胞的定义；空间格子构造的特点；晶体的基本性质。
1-2.参网页上的模型，运用对称要素组合定律，写出四方柱、六方柱、四方四面体、斜方双锥、六八面体、三方柱、复三方三角面体、四六面体的点群符号，并写出其所属的晶系和晶族。
1-3.参阅网页上的模型，请确定单型中的六八面体、复三方偏三角面体、复六方双锥、和聚型中2、3、4号模型在晶体定向中，各晶体的晶轴分别与哪些对称轴重或晶棱方向平行？1-4.请写出单型三方柱、四方柱、四方双锥、六方柱、菱面体、斜方双锥各晶面的主要晶面符号。
1-5.请写出下列聚型模型各晶面的晶面符号：1、2、3、4。
两个对称面相互成1）60°、2）90°、3）45°、4）30°，可组合成什么点群？1-6.由两根相交的二次轴互成1）90°、2）60°、3）45°、4）30°，可以组合成什么点群？试在面心立方格子中画出菱面体格子1-7.一晶面在X、Y、Z轴分别截得2、4、6个轴单位，请写出此晶面符号。
1-8.作图表示立方晶体的（123）、（012）、（421）晶面。
1-9.在六方晶体中标出晶面（0001）、（2110）、（1010）、（1120）、（1210）的位臵。
1. 答：晶体最本质的特点是其内部的原子、离子、或原子集团在三维空间以一定周期性重复排列而成 , 晶体的空间格子构造有如下特点：结点空间格子中的点，在实际晶体中它们可以代表同种质点占有的位臵，因此也称为晶体结构中的等同点位臵。
行列结点在一维方向上的排列 . 空间格子中任意两个结点连接的方向就是一个行列方向。
面网结点在平面上的分布构成面网。
空间格子中，不在同一行列上的任意三个结点就可联成一个面网。
平行六面体空间格子中的最小单位。
它由六个两两平行且大小相等的面组成。
晶体的基本性质是指一切晶体所共有的性质，这些性质完全来源于晶体的空间格子构造。
无机非金属材料物理化学知识点整理
无机非金属材料物理化学知识点整理无机非金属材料为北航材料学院2009年考研新加科目，考试内容包括大三金属方向限选课《无机非金属材料物理化学》（60%左右）和大四金属方向限选课《特种陶瓷材料》（40%左右）。
参考书：陆佩文主编《无机材料科学基础》，武汉理工大学出版社，1996年。
本资料由陆晨整理录入。
祝愿大家考出好成绩。
第一章无机非金属材料的晶体结构第一节：概述一、晶体定义：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。
二、晶体结构=空间点阵+结构单元三、晶体的基本性质：1、均一性2、各向异性3、自限性4、对称性5、稳定性四、对称性、对称元素、七大晶系、十四种布拉菲格子结晶符号1、晶面符号——米勒指数(hkl) 2、晶棱符号[ uvw]PS：其实只要看了金属学，这些就都会了，懒得写了…第二节：晶体化学一、离子键、共价键、金属键、分子间力、氢键定义、特点（大家都知道的东西…）二、离子极化：三、鲍林规则（重点）：鲍林第一规则──配位多面体规则，其内容是：“在离子晶体中，在正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于离子半径比”。
鲍林第二规则──电价规则指出：“在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差≤1/4价”。
静电键强度S=正离子数Ｚ＋/正离子配位数n ，则负离子电荷数Ｚ＝∑Si=∑(Zi+/ni)。
鲍林第三规则──多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。
其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显”。
鲍林第四规则──不同配位多面体连接规则，其内容是：“若晶体结构中含有一种以上的正离子，则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势”。
例如，在镁橄榄石结构中，有[SiO4]四面体和[MgO6]八面体两种配位多面体，但Si4+电价高、配位数低，所以[SiO4]四面体之间彼此无连接，它们之间由[MgO6]八面体所隔开。
无机材料物理化学总结-PPT课件
3）点：两个低共熔点E1 、 E2；
一个鞍心点t（连结线CD 与相区分界线E1 E2 的交 点）。 从图可见这类相图相当于由 两个最简单三元相图构成。
2.连结线规则（范一雷恩规则）
在三元系统中两个晶相初晶区相交的界线 ( 或其延长线 ) 如果和这两个晶相的组成点的连结线 (或其延长线 ) 相交，则 交点为界线上温度的最高点。 所谓“相应的连线”是指界线上液相平衡的二晶相组成 点的连结线。温度走向是背离交点。
⑦判断界线性质（切线规则）；
⑧作辅助线； ⑨析晶路程。
相图分析
化合物性质：异成份熔融二元化合物； 第1结晶相：A 结晶终点：E点，最终结晶产物：B+D+C 界线上温度降方向： E点：低共熔，L→B+D+C ； P：单转熔（双升点）， L+A→D+C； PE：共熔线：L→D+C； pP2：转熔线，L+A→D；
(二)生成一个同成分熔融的三元化合物的三元相图 相图构成： 生成一个稳定的三元化合物S，连接AS、CS、BS形成三 个可看成最简单三元相图的副三角形。 m1 、 m2 、 m3为鞍心点；E1 、 E2 、 E3 为低共熔点。
(三)生成一个同成分熔融的二元化合物的三元相图 1.相图构成 1 ）面：侧面由二个低共熔简单二元相图和一个具有一致熔 化合物二元相图组成。 2）线：除界线外，还有连结线 CD和相区分界线E1 E2
第一章 热力学回顾
1. 熵的统计解释:判断一个过程是否自动进行的科学方法及重要性 热力学几率,为什么熵能成为一切过程是否自动进行的判据 2. 吉布斯自由焓和化学势:吉布斯自由焓 G=H-TS ,化学势
dn 0 过程自动进行： 0 dn
平衡的条件：
无机材料化学
(c)布拉格方程
2dhksl inhk l
h, k, l:整数
第二十页，共83页
(b)多晶的x射线衍射
sinhkl
2dhkl
• 多晶样品取向随机地
聚在一起，衍射图形
为以出射的x射线为
轴心，张角为4hkl的 衍射圆锥，其截面为
一个衍射照相法 • 衍射仪法
第二十二页，共83页
§ 1- 4 非晶体的宏观特征
• （1）只有玻璃转化温度，无熔点。 • （2）没有规则的多面体几何外型，可以
制成玻璃体，丝，薄膜等特殊形态。 • （3）物理性质各向同性。 • （4）均匀性来源于原子无序分布的统计
性规律，无晶界。
第二十三页，共83页
§ 1- 5 非晶体的微观特征
无机材料化学
第一页，共83页
参考书：无机材料化学（上册） 曾人杰，厦门大学出版社， 2001年
• 第0章 绪论
• 第一章 固体
• 1 流动性和固体性
• 2 晶体的主要特征 • 3 非晶态的特征 • 4 纳米材料浅谈 • 第二章晶型转变及其控制方法 • 1 可逆与不可逆晶型转变 • 2 重构式与位移式晶型转变
第十七页，共83页
(b) 劳厄方程
=AD-CB =acosh-acoso =a(cosh-coso)
=h
h为波程差所含的波 长的倍数。
第十八页，共83页
次生波源x射线为 球面波，以a为轴 线，和a呈角的 圆锥面的各个方向 均满足衍射条件。 当o=90o，h= 0 ，1， 2， 3….时，发生如 右图的衍射。
，Ni-ZnFe2O4 • 巨磁铁氧体： Mg-Mn Fe2O4，Li-Mn Fe2O4
第三十九页，共83页
无机材料物理化学1绪论
02
表示 Cl-的空位，对原结点位置而言，少了一个负电荷，所以 空位带一个有效正电荷。 计算公式： 有效电荷＝现处类别的既有电荷－完整晶体在同样位置上的电荷 （ 2） 每种缺陷都可以看作是一种物质，离子空位与点阵空位 (h。)也是物质，不是什么都没有。空位是一个零粒子。
(3)质量平衡
(5)表面位置
(4)电中性
缺陷反应两边总的有效电荷必须相等。
(2) 位置增殖
形成Schttky缺陷时增加了位置数目。 能引起位置增殖的缺陷：空位(VM)、错位(VX)、置换杂质原子( MX 、XM)、表面位置(XM)等。 不发生位置增殖的缺陷：e/ , h. , Mi , Xi , Li等。 当表面原子迁移到内部与空位复合时，则减少了位置数目（MM 、XX）。
例 : 纤锌矿结构ZnO晶体，Zn2+ 可以离开原位进入间隙， 此间隙为结构中的另一半“四孔”和“八孔”位置。 从能量角度分析：
下
01
Frankel缺陷的产生
02
上
（2） Schttky缺陷
正常袼点的原子由于热运动跃迁到晶体表面，在晶体内正常格点留下空位。
材料
结构
性能
化学反应 （组成）
2、基本思路：
化学组成
结构
性能
决定
决定
《无机材料科学基础》 陆佩文主编 武汉工业大学出版社 《硅酸盐物理化学》 陆佩文主编 东南大学出版社 《硅酸盐物理化学》丁子上等主编 中国建筑工业出版社 《无机材料物理化学》叶瑞伦主编 天津大学 《怎样看硅酸盐相图》沈鹤年 《玻璃物理化学导论》P.贝尔塔等著 中国建筑工业出版社 《陶瓷导论》W.D.Kingery中国建筑工业出社
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利用积分换元法和定积分公式可得：
此即各向同性无限物体的扩散方程之通解。 此式可以求出在t时刻，x为某一确定值的位置上 的杂质浓度
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第三篇
过程动力学
第一章 扩散过程
姓名：王亮 学号：s20110670
本章重点
1、建立数学方程，总结出扩散宏观规律 2、搞清楚扩散的微观本质
Challenges Forward
3、探讨微观运动与扩散系数之间的关系
4、分析影响扩散的因素
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第一节
当扩散系数D为常数时
或 （一维扩散方程） （3-1-2）
Conclusion 三维扩散方程：
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第一节
扩散的宏观规律
初始条件： C|t=0=φ (x)
二、在无限物体情况下扩散方程的通解
采用分离变量法： 代入原方程可得一微分方程： (3-1-4) 等式两边为一常数，记作-λ 2，可得
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第一节
菲克第一定律：
扩散的宏观规度，定义为单位时间内通过单位横截面
C 的原子数或分子数； x
为浓度梯度；D为扩散系数；
“–”表示扩散转移的方向（浓度减小的方向）与浓
度梯度（浓度增大的方向）相反
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扩散的宏观规律
扩散的定义：扩散是一种由热运动所引起的杂 质原子或基质原子的运输过程
扩散的驱动力：化学位梯度（较普遍条件下） 浓度梯度（接近理想溶液的情况下）
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第一节
扩散的宏观规律
一、扩散方程的建立
为了得到n型或p型半导体，人 们采取往半导体si中扩散磷或 硼从各时刻的浓度分布曲线可 以得到任意时刻杂质浓度在x方 向上的分布如图所示 由图可知扩散过程中杂质浓度 Challenges Forward 不但随时间变化还随坐标位置 变化，即自变数不仅是时间， 还有空间坐标。因此，要建立 Conclusion 的方程一定是偏微分方程
第一节
扩散的宏观规律
菲克第二定律： C=C（x,t）式中C为浓度函数， 既是时间坐标的函数， 又是空间坐标的函数 Strategy
单位时间内微体积元的
Conclusion
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第一节
扩散的宏观规律
单位时间单位体积的净流入量等于该处浓度随时间的变化量：
（3-1-3）
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第一节
原方程的通解为：
扩散的宏观规律
无边界条件限制，可用积分积分代替求和：
Strategy 代入初始条件：
将φ (x)展开成傅里叶级数的形式：
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第一节
扩散的宏观规律