第一章
1、结晶学的发展,从其研究内容看主要包括以下几个方面:
(1) 晶体生长学:研究天然及人工晶体的形成,生长和变化的过程与机理以及控制和影响它们的因素。
(2) 几何结晶学:研究晶体外表几何多面体的形状及其间的规律
(3) 晶体结构学:研究晶体内部结构中质点排列的规律性以及晶体结构的不完整性
(4) 晶体化学:研究晶体的化学组成以及晶体结构与性质之间关系及其规律
(5) 晶体物理学:研究晶体的各项物理性质及其产生的机理
2、晶体:晶体是内部质点在三维空间按周期性重复排列的固体,或者说晶体是格子构造的固体。
3、晶体的共同特征:是内部质点在三维空间按周期性的重复排列。不具备这一特征的物体不是晶体。
4、晶体的基本性质:
(1)结晶均一性:由于晶体内部结构的特征,因此,晶体在其任一部位上都具有相同的性质。
(2)各向异性:晶体在不同的方向上表现出性质的差异称为晶体的各向异性。
(3)自限性:晶体能自发的形成封闭的凸几何多面体外形的特征,称为晶体的自限性或自范性。
(4)对称性:晶体中的相同部分(包括晶面、晶棱)以及晶体的性质能够在不同的方向或位置上有规律的重复出现
(5)最小内能性:在相同的热力学条件下,晶体与同组成的气体、液体及非晶质固体相比其内能最小。因此,晶体最稳定。
5、对称:是指液体中相同部分之间的有规律重复。
6、对称操作:是指能使对称物体中各相同部分做有规律重复的变换动作, 又称对称变换。
7、晶体的对称要素:(1)对称中心(符号C)(2)对称面(符号P)(3)对称轴(符号Ln)(4)倒转轴(Lin)(5)映转轴(Lsn)
8、对称型(32种):宏观晶体中对称要素的集合,包含了宏观晶体中全部对称要素的总和以及它们相互间的组合关系。
9、三大晶族、七个晶系:P7
10、整数定律:若以平行于三根不共面晶棱的直线为坐标轴,则晶体上任意两个晶面在三个坐标轴上截距的比值之比为一简单整数比。
10、单行:是指能借助于对称性之全部对称要素的作用而相互联系起来的一组晶面的组合。
11、聚形:是指两个或两个以上单行的聚合。
12、划分平行六面体时规定以下六条规则:
①所选平行六面体的对称性,应符合整个空间点阵的对称性
②在不违反对称的条件下,应选择棱与棱之间的直角关系为最多的平行六面体
③在遵循前两条的前提下,所选的平行六面体的体积应为最小
④当对称性规定棱间交角不为直角时,在遵循前三条的前提下,应选择节点间距小的行列作为平行六面体的棱,且棱间交角接近于直角的平行六面体。
13、14中布拉维格子的名称:P16-17
14、体心格子:在单位平行六面体中心还有一个结点时,即构成体心格子。(I)
面心格子:在单位平行六面体中所有三对面的中心都有结点时,即构成面心格子(F)
单面心格子:在平行六面体的某一对面的中心各有一个结点,即为单面心格子。(B)
15、晶体的对称要素包括两部分:
①在宏观晶体中也能出现的对称要素,即对称中心、对称面、对称轴及倒转轴。
②只能在作为无限图形的晶体结构中才能出现的微观对称要素,平移轴、像移面、螺旋轴。
16、球体紧密堆积原理:P21
17、配位数:一个原子或离子的配位数是指在晶体结构中,该原子或离子的周围与他直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数。
18、配位多面体:指在晶体结构中,与某一阳离子(或原子)成配位关系而相邻结合的各个阴离子(或原子),他们的中心连线所构成的多面体。
19、键的四种形式:金属键、离子键、共价键、分子键。
20、鲍林规则:一个晶体的结构取决于其组成单位的数目,相对大小以及极化性质。
对离子晶体的结构归纳出五条规则
①围绕每一阳离子,形成一个阴离子配位多面体,阴、阳离子的间距取决于他们的半径之和,阳离子的配位数则取决于它们的半径比;
②静电价规则。在一个稳定的晶体结构中,从所有相连接的阳离子到达一个阴离子的静电键的总强度,等于阴离子的静电荷数;
③在配位结构中,两个阴离子以共棱,特别是共面方式存在时,结构的稳定性降低;
④在一个含有不同阳离子的晶体中,电价高而配位数小的那些阳离子,不趋向于相互共有配位多面体的要素;
⑤节省规则:在一个晶体中,本质不同的结构组元的种类,倾向于为数最少。
第二章
1、同质多晶:化学组成相同的物质,在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象。
类质同晶:物质结晶时,其晶体结构中原有离子或原子的配位位置被介质中部分性质相似的离子或原子所占有,共同结晶成均匀的、呈单一相的混合晶体,但不引起键性和晶体结构发生质变的现象。
2、点缺陷的类型:
A、根据其对理想晶格偏离的几何位置及成分划分:
1 隙原子:原子进入晶体中正常结点之间的间隙位置,称为填隙原子或间隙原子。
2 空位:正常结点没有被原子或离子所占据,成为空结点,称为空位。
3 杂质原子:外来原子进入晶格,就成为晶格中的杂质,这种杂质原子可以取代原来晶格中的原子而进入正常结点的位置,这称为取代原子;也可以进入本来就没有原子的间隙位置,生成间隙式杂质原子。
B常远、根据产生缺陷的原因
①热缺陷:当晶体的温度高于绝对0K时,由于晶格内原子热振动,使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成的缺陷;
②杂质缺陷:由于外来原子进入晶体而产生的缺陷(间隙式杂质原子、置换杂质原子)
③非化学计量结构缺陷:化合物的化学组成会明显的随着周围气氛性质和压力的大小的变化而发生偏离化学计量的现象
3、热缺陷的两种基本形式:弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷。
①弗伦克尔缺陷:在晶格热振动时,一些能量足够大的原子离开平衡位置后,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。
②肖特基缺陷:如果正常格点上的原子,热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面,在晶体内正常格点上留下空位,这就是肖特基缺陷。
4、固溶体:含有外来杂质原子的晶体称为固体溶液,简称固溶体。
5、固溶体的分类:
①按溶质原子在溶剂晶格中的位置划分:取代型固溶体和填隙型固溶体。
②按溶质原子在溶剂晶体中的溶解度划分:连续固溶体和有限固溶体。
6、影响置换固体中溶质原子(离子)溶解度的因素:
①离子尺寸因素:相互替代的离子尺寸越相近,则固溶体越稳定;
②晶体的结构类型:相同则形成连续固溶体;
③离子的电价影响:只有离子价相同或离子价总和相等时才能生成连续固溶体
④电负性:电负性相近,有利于固溶体的生成,差别大,倾向于生成化合物;
7、位错:实际晶体在结晶时受到杂质、温度变化或震动产生的应力作用,或由于晶体受到打击、切削、研磨等机械应力的作用,使晶体内部质点排列变形。原子行列间相互滑移而不再符合理想晶格的有秩序的排列,形成线状的缺陷称为位错。
8、刃型位错:伯格斯矢量b与位错线垂直的位错称为刃型位错。
9、螺位错:位错线和滑移方向(伯格斯矢量b)相互平行。
第三章
1、玻璃的通性可以归纳为以下四点:
①各向同性
②介稳性
③熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性
④熔融态向玻璃态转化时物理化学性质随温度变化的连续性。
2、随着温度降低,熔体释放能量大小不同,可以有三种冷却途径:
①结晶化,即有序度不断增加,直到释放全部多余能量而使整个熔体晶化为止。
②玻璃化,即过冷熔体在转变温度Tg硬化为固态玻璃的过程。
③分相,即质点迁移使熔体内某些组成偏聚,从而形成互不混溶而组成不同的两个玻璃相。
3、根据单键能的大小,可将不同氧化物分为以下三类:
①玻璃网络形成体(其中正离子为网络形成离子),其单键强度大于335Kj/mol。这类氧化物能单独形成玻璃。
②网络变性体(正离子称为网络变性离子),其单键强度小于250Kj/mol。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。
③中间体(正离子称为中间离子),其作用介于形成玻璃形成体和网络变性体两者之间。
4、目前最主要的玻璃结构学说:晶子假说和无规则网络假说
5、晶子假说:硅酸盐玻璃是由无数晶子组成,晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成。所谓晶子不同于一般微晶,而是带有晶格变形的有序区域,在晶子中心质点较有规律,愈远离中心则变形程度愈大,晶子分散在无定形介质中,并从晶子部分到无定形部分的过渡是逐步完成的,两者之间无明显界限。
6、无规则网络假说:凡是成为玻璃态的物质与相应的晶体结构一样,也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是离子多面体构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复而构成,而玻璃中结构多面体重复没有规律性。
7、p103
8、描述并解释硼反常现象:当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时,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,而是使硼氧三角体转变为由桥氧组成的硼氧四面体,致使B2O3玻璃从原来两度空间的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相比,其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反,所以称之为硼反常性。
第四章
1、润湿的热力学定义:固体与液体接触后,体系(固体+液体)的吉布斯自由能降低时,就称为润湿。
2、根据润湿程度分为附着润湿,铺展润湿及浸渍润湿。
①附着润湿:指液体和固体接触后,变液-气界面和固-气界面为固-液界面。
②铺展润湿:当θ>90°则因润湿张力小而不润湿;θ<90°则润湿;而θ=0°,润湿张力F最大,可以完全润湿,即液体在固体表面上自由铺展。
③浸渍润湿:指固体进入液体中的过程。在此过程中,固-气界面为固-液界面所代替,而液 体表面没有什么变化
3、吸附:一中物质的原子或分子附着在另一种物质表面的现象。
4、表面改性:是利用固体表面吸附特性通过各种表面处理改变固体表面的结构和性质,以适应各种预期的要求。
5、减水剂:P118
6、晶界:凡结构相同而取向不同的晶体相互接触,其接触界面称为晶界。
晶界分类:①按两个晶粒之间夹角大小来分类,分为小角度晶界和大角度晶界。
②根据晶界两边原子排列的连贯性:共格晶界和半共格晶界。
7、粘土的电荷可分为以下几种:①负电荷②两性电荷③净电荷
8、水在粘土胶粒周围随着距离增大、结合力的减弱,而分为牢固结合水、疏松结合水、自由水。
9、电动电位差: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电位差,这个电位差就称为电动电位。
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