无机材料科学基础,胡志强(共5篇).docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划无机材料科学基础,胡志强(共5篇)　　第一章晶体几何基础　　1-1解释概念：　　等同点：晶体结构中，在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点空间点阵：概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形　　结点：空间点阵中的点称为结点　　晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体　　对称：物体相同部分作有规律的重复　　对称型：晶体结构中所有点对称要素的集合为对称型，也称点群　　晶类：将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类　　晶体定向：为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置，在晶体中引入一个坐标系统的过程　　空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素的集合　　布拉菲格子：是指法国学者A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则，将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子　　晶胞：能够反应晶体结构特征的最小单位　　晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数.　　1-2晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基本特征？解答：⑴晶体结构的基本特征：　　①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。

　　②晶体的内部质点呈对称分布，即晶体具有对称性　　⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征　　1-3晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示　　解答：对称面—m，对称中心—1，n次对称轴—n，n次旋转反伸轴—n螺旋轴—ns，滑移面—a、b、c、d　　1-5一个四方晶系的晶面，其上的截距分别为3a、4a、6c，求该晶面的晶面指数　　解答：在X、Y、Z轴上的截距系数：3、4、6　　截距系数的倒数比为：1/3:1/4:1/6=4:3:2　　晶面指数为：　　补充：晶体的基本性质是什么？与其内部结构有什么关系？　　解答：①自限性：晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映　　②均一性和异向性：均一性是由于内部质点周期性重复排列，晶体中的任何一部分在结构上是相同的异向性是由于同一晶体中的不同方向上，质点排列一般是不同的，因而表现出不同的性质　　③对称性：是由于晶体内部质点排列的对称　　④最小内能和最大稳定性：在相同的热力学条件下，较之同种化学成分的气体、　　液体及非晶质体，晶体的内能最小这是规则排列质点间的引力和斥力达到平衡的原因　　晶体的稳定性是指对于化学组成相同，但处于不同物态下的物体而言，晶体最为稳定。

自然界的非晶质体自发向晶体转变，但晶体不可能自发地转变为其他物态　　第二章晶体化学基础　　2-1名词解释：配位数与配位体，同质多晶与多晶转变，位移性转变与重建性转变，晶体场理论与配位场理论　　答：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，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：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　　图2-1MgO晶体中不同晶面的氧离子排布示意图　　2-2面排列密度的定义为：在平面上球体所占的面积分数。

　　画出MgO晶体、和晶面上的原子排布图；计算这三个晶面的面排列密度　　解：MgO晶体中O2-做紧密堆积，Mg2+填充在八面体空隙中　　、和晶面上的氧离子排布情况如图2-1所示在面心立方紧密堆积的单位晶胞中，　　面：面排列密度=　　面：面排列密度=　　面：面排列密度=　　2-3试证明等径球体六方紧密堆积的六方晶胞的轴比c/a≈　　证明：六方紧密堆积的晶胞中，a轴上两个球直接相邻，a0=2r；c轴方向上，中间的一个球分别与上、下　　各三个球紧密接触，形成四面体，如图　　2-2所示：　　图2-2六方紧密堆积晶胞中有关尺寸　　关系示意图　　2-4设原子半径为R，试计算体心立方堆积结构的、、面的面排列密度和晶面族的面间距　　解：在体心立方堆积结构中：　　面：面排列密度=　　面间距=　　面：面排列密度=　　面间距=　　面：面排列密度=　　面间距=　　2-5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　　答：以NaCl晶胞中面心的一个球为例，它的正下方有1个八面体空隙，与其对称，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6×1/6=1。

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；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8×1/4=2　　2-6临界半径比的定义是：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即每种配位体的阳、阴离子半径比的下限计算下列配位的临界半径比：立方体配位；八面体配位；四面体配位；三角形配位　　解：立方体配位　　在立方体的对角线上正、负离子相互接触，在立方体的棱上两个负离子相互接触因此：　　八面体配位　　在八面体中，中心对称的一对阴离子中心连线上正、负离子相互接触，棱上两个负离子相互接触因此：　　四面体配位　　在四面体中中心正离子与四个负离子直接接触，四个负离子之间相互接触因此：　　三角体配位　　在三角体中，在同一个平面上中心正离子与三个负离子直接接触，三个负离子之间相互接触因此：　　2-7一个面心立方紧密堆积的金属晶体，其原子量为M，密度是/cm3试计算其晶格常数和原子间距　　解：根据密度定义，晶格常数　　原子间距=　　解：面心立方晶胞：　　2-8试根据原子半径R计算面心立方晶胞、六方晶胞、体心立方晶胞的体积。

　　六方晶胞：　　体心立方晶胞：　　2-9MgO具有NaCl结构根据O2-半径为和Mg2+半径为，计算球状离子所占据的体积分数和计算MgO的密度并说明为什么其体积分数小于%？　　解：在MgO晶体中，正负离子直接相邻，a0=2(r++r-)=(nm)　　体积分数=4×(4π/3)×(+)/=%　　密度=4×(+16)/[×1023×(×10-7)3]=(g/cm3)　　MgO体积分数小于%，原因在于r+/r-=/=>，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空隙撑开了，负离子不再是紧密堆积，所以其体积分数小于等径球体紧密堆积的体积分数%　　2-10半径为R的球，相互接触排列成体心立方结构，试计算能填入其空隙中的最大小球半径r体心立方结构晶胞中最大的空隙的坐标为解：在体心立方结构中，同样存在八面体和四面体空隙，但是其形状、大小和位置与面心立方紧密堆积略有不同　　设：大球半径为R，小球半径为r则位于立方体面心、棱心位置的八面体空隙能够填充的最大的小球尺寸为：　　位于立方体位置的四面体空隙能够填充的最大的小球尺寸为：　　2-11纯铁在912℃由体心立方结构转变成面心立方，体积随之减小%。

根据面心立方结构的原子半径R面心计算体心立方结构的原子半径R体心解：因为面心立方结构中，单位晶胞4个原子，　　构中，单位晶胞2个原子，　　；而体心立方结　　一、名词解释　　①晶体、②等同点、③空间点阵、④结点、⑤对称、⑥对称型、⑦晶类、⑧单形、⑨聚形、⑩晶体定向、○11晶体常数、○12布拉菲格子、○13晶胞、○14晶胞参数、○15空间群　　解答：　　①晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体或晶体是具格子构造的固体　　②晶体结构中在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点称为等同点　　③空间点阵是表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形或是表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形　　④空间点阵中的阵点，称为结点⑤对称是指物体相同部分作有规律的重复　　⑥晶体结构中所有点对称要素的集合称为对称型，也称点群　　⑦将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类　　⑧单形是由一组同形等大的晶面所组成，这些晶面可以借助其所属对称型的对称要素彼此实现重复也就是说，单形是由对称要素联系起　　来的一组晶面的集合　　⑨含有两个或两个以上单形的晶形称为聚形　　⑩晶体定向就是在晶体中确定坐标轴及轴单位或轴率　　○11晶体常数：晶轴轴率或轴单位，轴角。

　　○12所有晶体结构的空间点阵可划分成十四种类型的空间格子，这14种空间格子称布拉菲格子　　○13任何晶体都对应一种布拉菲格子，因此任何晶体都可划分出与此种布拉菲格子平行六面体相对应的部分，这一部分晶体就称为晶胞晶胞是能够反映晶体结构特征的最小单位　　○14表示晶体结构特征的参数称为晶胞常数，晶胞参数也即(转载于:写论文网:)晶体常数　　○15空间群是指一个晶体结构中所有对称要素集合　　二、　　根据对称型国际符号写出对称型，并指出各对称要素的空间方位关系　　①2/m；②mm2；③422；④6/mmm　　写出下列对称型的国际符号　　①3L23pc、②L4PC、③Li4、④L33P　　下列晶形是对称型为L4PC的理想形态，判断其是单形或是聚　　形，并说明对称要素如何将其联系起来的　　下列单形能否相聚而成聚形　　①四方柱、四方双锥　　②菱面体、六方柱　　③四角三八面体、平行双　　面　　④四方四面体、四方双锥　　⑤四面体、八面体　　⑥斜方柱、四方双锥　　解答：　　①L2PC，L2⊥P，相交于对称中心C　　②L22P，两个P相互垂直，其交线为L2　　③L44L2，在垂直L4的方向上有4个互成45°的L2。

　　④L66L27PC，在垂直L6的方向上有6个互成30°的L2和6个互成30°的P，L2⊥P，另外一个P垂直L6，其中心为C　　①3L23PC-mmm(或)　　②L4PC-4/m　　③Li4-　　④L33P-3m　　(a)是由四方柱和平行双面聚合而成的聚形，其中四方柱的四个面是通过L4操作而相互对称，而上下两侧的平行双面通过P或C相互反应而对称　　(b)为四方双锥单型，四方双锥的斜交的8个面通过L4和P或C　　彼此对称　　①能、②能、③不能、④能、⑤不能、⑥不能　　三、计算题　　一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a、2/3a，求此晶面的晶面指数　　一个四方晶系晶体的晶面，在X、Y、Z轴上的截距分别为3a、4a、6c，求该晶面的晶面指数　　解答：在X、Y、Z轴上的截距系数：2、1/2、2/3　　截距系数的倒数比为1/2︰2︰3/2=1︰4︰3　　晶面指数为：　　此晶面与X、Y、。