中科院材料化学期末复习资料完整版.docx

《中科院材料化学期末复习资料完整版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中科院材料化学期末复习资料完整版.docx（29页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第二章题目：1、晶体特征，晶体与非晶体区别2、晶向与晶面指数确定步骤晶体的基本特征结晶均一性：在晶体内部任意部位上具有相同的性质；各向异性：在晶体不同方向上表现出的性质差异；自限性：能够自发形成封闭的凸几何多面体外形的特性；对称性：晶体中的相同部分（晶面，晶棱，等等）以及晶体的性质能够在不同方向或位置上有规律地重复；最小内能性：在相同的热力学条件下，晶体与同组成的气体、液体及非晶态固体相比具有最小内能，即最为稳定。对称操作与对称要素：对称轴，对称面，对称中心，倒转轴；晶向指数与晶面指数：确定步骤；球体的堆积：六方，面心立方，体心立方；等径球体的紧密堆积包括：六方紧密堆积和面心立方紧密堆积。该两

2、种方式是同种原子（等径球体）能够达到的最紧密堆积方式，堆积系数（原子所占空间分数）达 0.74，其余 0.26 为空隙所占有。六方紧密堆积（hcp）：在同一层密排面上，每个原子周围均有 6 个最邻近原子（出现两种类型的凹坑）第二层密排面排列于第一层上，必然置于同一类型的凹坑中；第三层排列于第一层的正上方；第四层排列于第二层的正上方，依次类推，形成 ABABAB 构型。面心立方紧密堆积（fcc）：在同一层密排面上，每个原子周围均有 6 个最邻近原子（出现两种类型的凹坑）；第二层密排面排列于第一层上，必然置于同一类型的凹坑中；第三层排列于第二层未占据的凹坑位置；第四层排列于第一层的正上方，依次类推

3、，形成 ABCABC 构型。等径球体的体心立方堆积（bcc）：非紧密堆积方式，堆积系数 0.68，配位数 8；单层排列面作近似紧密排列，每个原子与四个最邻近原子接触；在第一层的凹坑处堆积第二层同形排列面；第三层排列面位于第一层的正上方，依次循环。各种典型晶体构型；金刚石结构立方面心结构：碳原子位于立方面心的所有结点位置和交替分布在立方体内的四个小立方体的中心，每个碳原子周围有四个碳原子，碳原子之间形成共价键。石墨结构：六方晶系：碳原子呈层状排列，每层中碳原子按六方环状排列，每个碳原子与三个相邻碳原子距离相等（0.142 nm），层间距为 0.335 nm。NaCl 型结构：立方面心结构：阴离子

4、按立方最紧密方式堆积，阳离子填充于全部八面体空隙，阴、阳离子的配位数均为 6。相同结构：NaI，MgO，CaO，SrO，等等。CsCl 型结构：简单立方结构：阴离子位于简单立方格子的顶点位置，阳离子位于立方体中心。阴、阳离子的配位数都是 8。相同结构：CsBr，CsI，TlCl，NH4Cl，等等。ZnS（闪锌矿）型结构：立方面心结构：阴离子占据面心立方的结点位置，阳离子交错分布于立方体内小立方体的中心。阴、阳离子的配位数都是 4。相同结构： SiC，GaAs，AlP， InSb，等等。硅酸盐晶体结构与实例：岛状，链状，层状，架状；鲍林规则： 鲍林第一规则几何规则：围绕每一个正离子，负离子的排列

5、占据一个多面体的各个顶角位置。正负离子的间距决定了离子半径的总和，负离子配位数决定于正负离子半径的比率。鲍林第二规则静电价规则：处于最稳定状态的离子晶体，其晶体结构中的每一个负离子所具有的电荷，恰恰被所有最邻近（相互接触）的正离子联系于该负离子的静电价键所抵消。鲍林第三规则共棱共面规则：共棱数越大，尤其是共面数越大，则离子排列趋于越不稳定。鲍林第四规则高电价和低配位数的正离子具有尽可能相互远离的趋势。鲍林第五规则节约规则：所有相同的离子，在可能范围内，它们和周围的配位关系往往是相同的。同质多晶现象：同质多晶：物质以多种晶型存在，并且不同晶型之间在适宜条件下能够进行相互转变。即，同种化学成分在不

6、同的热力学条件下结晶成不同晶体结构的现象。重建型转变：当一组同质变体晶型晶型转变时，通过破坏原子间键合，改变次级配位，使晶体结构完全改变原样的转变形式化学键破坏重组需要较大能量，转变缓慢；位移型转变：当一组同质变体晶型晶型转变时，总体结构不发生根本改变，次级配位的改变不破坏键合情况，仅使结构发生畸变转变迅速。可逆转变，不可逆转变，重建型转变，位移型转变。第三章题目：1、缺陷方程式2、刃型位错与螺型位错缺陷类型及表示方法，缺陷方程式的书写；有效电荷：缺陷及其周围的总电荷减去理想晶体中同一区域的电荷之差。点缺陷（缺陷尺寸处在一两个原子大小的量级）Frenkel 缺陷：由于热振动，部分能量较大的原子

7、离开正常结点位置，进入间隙，变成填隙原子。Frenkel 缺陷生成热力学：Schottky 缺陷：由于热振动，原子迁移到表面，在正常结点位置留下空位。Schottky 缺陷生成热力学：点缺陷的生成平衡浓度：随点缺陷数量增加，熵增加导致自由能下降，但同时内能增加导致自由能增加，所以有一个平衡浓度，此时有最低的自由能量值。色心（一种能够吸收可见光的晶体缺陷，是由于电子补偿而引起的点缺陷。）色心的形成：如果向晶体中引入电子或空穴，将分别被带有正负有效电荷的点缺陷所俘获，形成俘获电子中心和俘获空穴中心；这些中心的存在使得晶体中出现相应的光吸收带；部分中心的光吸收带在可见光区，使晶体呈现不同的颜色；部分

8、中心的光吸收带不在可见光区，不使晶体显色，但也是吸收光的中心。这些中心统称为色心。分类：F 心：一个负离子空位俘获一个电子形成的电子中心（最简单的一种色心）；类 F 心：F 心：一个负离子空位俘获两个电子构成的电子中心 ；F2 心，F3 心：两个或两个以上的 F 心紧靠在一起而构成的电子中心，又称为 M 心，R 心，等等；杂质参与的电子中心：FA 心：相邻的六个正离子中的一个被杂质离子所取代； FB 心：相邻的六个正离子中有两个被杂质离子所取代。俘获空穴中心：通过俘获空穴而形成色心。线缺陷（也称位错，一维尺度很大而另外两维尺度很小的原子错排）刃位错：刃型位错有一个额外的半原子面。一般把多出的半

9、原子面在滑移面上边的称为正刃型位错，记为“”；而把多出在下边的称为负刃型位错，记为“”螺位错：柏氏矢量的确定：柏氏矢量与位错类型的关系： 对于刃型位错，柏氏矢量与位错线垂直；对于螺型位错，柏氏矢量与位错线平行。面缺陷（二维尺度很大而另一维尺度很小的原子错排，表现为表面和晶界）小倾角晶界：可以视为一系列刃型位错排列而成，倾斜角小于 10，通常是 2 3；大倾角晶界：倾斜角大于 10，原子排列接近于无序状态。晶面间距：孪晶：是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪晶”，此公共晶面就称孪晶面晶界特性：1. 晶界处点阵畸变大，存在着晶界能晶粒的长大和

10、晶界的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总能量，这是一个自发过程。晶粒的长大和晶界的平直化均需通过原子的扩散来实现，因此，温度升高和保温时间的增长，均有利于这两过程的进行；2. 晶界处原子排列不规则，因此在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度晶粒愈细，材料的强度愈高，这就是细晶强化；而高温下则相反，因高温下晶界存在一定的粘滞性，易使相邻晶粒产生相对滑动；3. 晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多；4. 在固态相变过程中，由于晶界能量较

11、高且原子活动能力较大，所以新相易于在晶界处优先形核。显然，原始晶粒愈细，晶界愈多，则新相形核率也相应愈高；5. 由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子的情况下，往往晶界熔点较低，在加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧化，产生“过热”现象；6. 由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比，晶界的腐蚀速度一般较快。这就是用腐蚀剂显示金相样品组织的依据，也是某些材料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因。堆积层错的类型：在正常堆积顺序中引入不正常顺序堆积的原子面而产生的一类面缺陷，简称层错。包括两种类型：抽出型层错；插入型层错；亚晶粒界：每个晶粒有时又由若干个

12、位向稍有差异的亚晶粒所组成，相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界；反相畴界：晶体内部结构的横向位移造成的反相结构之间的区域。第四章题目：1、有限固溶体与无限固溶体的区别及形成影响因素2、固溶体、化合物、混合物的区别（固溶体概念）固溶体的定义：含有外来杂质原子的晶体，称为固体溶液，简称固溶体。可以视为杂质缺陷。取代型固溶体的形成条件：1) 离子尺寸因素 15规律：一般而言，如果相互取代的原子最大半径差值小于 15则可以生成无限固溶体；否则只能生成有限固溶体（ 90准确性）；计算方法：其中，R1 为半径较大的离子的尺寸， R2 为半径较小的离子的尺寸。2) 离子价态因素：等价取代有利于形成无限固溶体，而异

13、价取代一般得到有限固溶体；离子价总和相同时有利于生成无限固溶体，否则倾向于生成有限固溶体。3) 晶体结构因素：相似结构有利于形成无限固溶体，相异结构往往形成有限固溶体。4) 电负性因素：元素电负性相近时有利于生成固溶体，电负性差别较大时倾向于生成化合物。电负性差值：0.4 标准 a) 在此范围以内的体系，65具有较大的固溶度；b) 在此范围以外的体系，85固溶度 5。5）场强因素：弟特杰尔关系（Dietzels Correlation）：Z / d 2 其中， Z 为正离子的价数，d 为离子间距。当 ( Z / d 2 ) = 0，固溶度有最大值；当 ( Z / d 2 ) 0.4，不能形成固

14、溶体；当 ( Z / d 2 ) 0.5，出现液体的不混溶性。6) 外因：温度 温度升高有助于固溶体的形成；填隙固溶体的影响因素：在金属体系中较为普遍：小原子如 H，C，B，N 等容易进入金属晶格内部的间隙位置；形成条件：同样取决于离子尺寸，离子价态，晶体结构，电负性，场强，等等因素；异价取代的离子补偿和电子补偿异价取代，需要形成缺陷以保持电荷平衡：1. 空位或填隙子 离子补偿；2. 电子或空穴 电子补偿。离子补偿机制：a) 阳离子空位：基质结构中的阳离子被高价阳离子取代时，可以通过形成阳离子空位来达到电荷平衡。实例：CaCl2 掺杂 NaCl：Na1-2xCaxVxClb) 阴离子填隙：基质

15、结构中的阳离子被高价阳离子取代时，可以通过形成填隙阴离子来达到电荷平衡。实例 YF3 掺杂 CaF2：(Ca1-xYx)F2+xc) 阴离子空位：基质结构中的阳离子被低价阳离子取代时，可以通过形成阴离子空位来达到电荷平衡。实例：氧化钙稳定氧化锆(Zr1-xCax)O2-xVOxd) 阳离子填隙：基质结构中的阳离子被低价阳离子取代时，可以通过形成填隙阳离子来达到电荷平衡。实例：LiAlO2 填充石英 Lix(Si1-xAlx)O2电子补偿方式：1. 异价离子取代；2. 形成混合价态。a) 由脱嵌产生的阳离子空位，在脱去阳离子的同时移去相应数量的电子，以保持电荷平衡（换言之：阳离子以原子形式脱离）

16、；实例：b) 阴离子吸附形成的阳离子空位：例如，氧化物加热时吸收氧，氧分子离解，氧原子从低氧化态过渡金属得到电子形成 O2-离子，实例：c) 阴离子填隙：混合价阳离子伴随填隙阴离子而形成。实例：d) 阴离子空位：例如，还原气氛下加热造成氧损失：释放出的电子传递给结构中的过渡金属阳离子形成混合价态。实例：e) 阳离子填隙：伴随阳离子填隙而出现另一阳离子的混合价态。实例：f) 双重取代：等量双重取代中形成混合价态。实例：固溶体的性质；a) 固溶体的电性能等价取代：对介电性能影响不大；实例：Pb(ZrxTi1-x)O3，其中 x = 0 1，调节压电性能。当 x = 1，即 PbZrO3，压电性能很

17、差；当 x = 0，即 PbTiO3，压电性能很差；当 x = 0.54，即 Pb(Zr0.54Ti0.46)O3，压电性能达到最优。异价取代：可以使绝缘体转变为半导体，甚至导体导电性能与杂质缺陷浓度成正比； 固溶体的电性能随着杂质(溶质)浓度的变化，一般出现连续的甚至是线性的变化；然而，在相界上往往出现突变。异价置换会产生离子性缺陷，引起材料导电性能的重大变化，而且，这个改变是与杂质缺陷浓度成比例的。b) 固溶体的光学性能透明陶瓷：陶瓷透光性的关键影响因素：气孔率:实例：用 La2O3 掺杂 PZT（Pb(ZrxTi1-x)O3），得到透明压电材料 PLZT（Pb1-xLax(Zr0.65T

18、i0.35)1-(x/4)O3）；PZT：等价取代，本征扩散不透明；PLZT：异价取代，空位扩散有助于气孔消除，透明。当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象。适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合力学性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基本相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法，在工业生产中得以广泛应用的原因。固溶体的实验研究方法。第五章题目：1、熔体的聚合

19、物理论2、硅酸盐玻璃-玻璃结构参数的计算3、结晶化学条件熔体的结构（硅酸盐熔体） 基本结构单元：SiO4 四面体结构单元的存在状态：聚合体基本结构单元在熔体中组成形状不规则，大小各异的聚合离子团或络阴离子团，离子团之间保持聚合解聚平衡；聚合程度的影响因素：组成，温度。当温度一定时：熔体中 O/Si 比较高，即碱性氧化物含量较高，分化作用较强，低聚物较多；反之，熔体中 O/Si 比较低，即碱性氧化物含量较低，分化作用较弱，低聚物较少；熔体与固体：固体与熔体体积密度相近-当晶体熔化为液体时体变化较小，一般不超过 10（相当于质点间平均距离增加 3左右） 而当液体气化时，体积要增大数百倍至数千倍（例

20、如，水汽化时体积增大 1240 倍）；晶体的熔化热远小于熔体的气化热固体与熔体内能差别较小，各自内部质点间的相互作用力接近；固体与熔体热容相近熔体与非晶体具有相似的结构，存在近程有序的区域。熔体的形成过程聚合状况的影响因素；聚合程度的影响因素：组成，温度。温度对聚合状况的影响：组成一定时，随温度升高低聚物数量增加；高温时，低聚物以各自分离的状态存在；低温时，部分低聚物附着于三维晶体碎片上。组成对聚合状况的影响：当温度一定时：熔体中 O/Si 比较高，即碱性氧化物含量较高，分化作用较强，低聚物较多；反之，熔体中 O/Si 比较低，即碱性氧化物含量较低，分化作用较弱，低聚物较少；熔体的聚合物理论；

21、1. 硅酸盐熔体是由不同级次、不同大小、不同数量的聚合物组成的混合物；2. 所谓的聚合物是指由SiO4 连接起来的硅酸盐聚离子；3. 聚合物的聚合程度、大小、分布决定熔体的结构；4. 各种聚合物处于不断的物理运动和化学运动中，并在一定条件下达到平衡；5. 聚合物的分布决定熔体结构，分布一定则结构一定；6. 熔体中聚合物被 R+，R2+结合起来，结合力决定熔体性质；7. 聚合物的种类、大小、数量随温度和组成而发生变化。产生粘度的理论解释定义：是指流体（气体或液体）抵抗流动的量度。可视为使相距一定距离的两个平行平面以一定速度相对移动所需的力。粘度的产生绝对速度理论：认为流体的粘滞流动受到阻碍与其内

22、部结构有关。流体中每个粒子的移动均受到周围质点的控制，只有获得足以克服周围质点对其吸引的能量（活化能）时，移动才能够有效体现。（此处有公式）其中，E 为质点移动活化能，k 为波尔兹曼常数，T 为温度，A 为常数。随温度升高，活化能 E 降低，粘度 显著降低。自由体积理论：认为流体要流动，必须释放出流体内部的空隙以允许流体分子的移动。（此处有公式）其中，Vf 为自由体积，V0 为温度 T0 时流体分子的有效体积（紧密堆积的最小体积），V 为温度 T 时流体分子膨胀所至的体积。过剩熵理论：认为流体由许多基本结构单元组成，流体的流动就是这些基本单元的再排列过程。随温度下降，流体的位形熵降低，使形变更

23、为困难。（此处有公式）其中，A 为常数，B 为与分子重排的势垒相关的系数，S0 为流体的位形熵。粘度的影响因素，金属离子、化合物对粘度的影响；粘度的影响因素温度：熔体在不同温度下的粘度相差很大，可以从10-2 变化至 1015 Pas；组成：组成不同的熔体在同一温度下的粘度有很大差别；一价碱金属氧化物对粘度的影响：通常碱金属氧化物（Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O）能降低熔体粘度由于电荷少、半径大、和O2-的作用力较小，提供了系统中的“自由氧”而使 O/Si 比值增加，导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单元，因而使活化能减低、粘度变小。21. 当 R O 含量Li2ONa2O

24、 25mol%，O/Si 比较高，结构接近于孤岛状，孤立的SiO4 主要依靠 R+ 相连，由于 Li+ 键强较大Li2ONa2OK2O。二价金属氧化物对粘度的影响1. 使硅氧负离子团解聚而使粘度降低；2. 对于碱土金属原子，电价较高而半径较小，因此其离子势 Z/r 较 R+ 的大，能夺取硅氧负离子团中的 O2-来包围自己与 R+ 相比，解聚作用小而聚集作用大；降低粘度的能力：Pb2+ Ba2+ Cd2+ Zn2+ Ca2+（某些情况） Mg2+。高价金属氧化物对粘度的影响高价金属阳离子：电荷多，离子半径小，作用力大在熔体中引入 SiO2，Al2O3 等氧化物时，倾向于形成更为复杂巨大的复合阴离

25、子团，使粘滞活化能变大，从而导致熔体粘度增高。混合碱效应熔体中引入一种以上的 R2O 与 RO 时，粘度比等量的一种 R2O 或 RO 高，这可能和离子半径、配位数等结晶条件不同而相互制约有关。离子极化的影响离子间的相互极化对粘度影响：由于极化使离子变形，共价键成分增加，减弱了 Si-O键力。1. 温度一定时，引入等量的具有 18 电子层结构的二价副族元素离子 Zn2+、Cd2+、Pb2+等，较引入含 8 电子层结构的碱土金属离子更能降低系统的粘度；2. 当粘度一定时，系统的温度会更低。其它化合物的影响CaF2 能使熔体粘度急剧下降由于 F-的离子半径与 O2-的相近，较容易发生取代，但 F-

26、只有一价，将原来网络破坏后难以形成新网络，所以粘度大大下降；稀土元素氧化物，如氧化镧、氧化铈等，以及氯化物、硫酸盐等在熔体中一般也起降低粘度的作用；综上所述，加入某一种化合物所引起粘度的改变既取决于加入的化合物的本性，也取决于原来基质熔体的组成。表面张力的影响因素；表面能：通常将熔体与另一相接触的相分界面上（一般另一相指空气）在恒温、恒容条件下增加一个单位新表面积时所作的功，称为比表面能，简称表面能，单位为 J/m2，简化后其因次为 N/m；表面张力：抵消表面单位长度上的表面收缩力的力。表面能常常用表面张力来代替。非晶态物质的通性；玻璃的形成，结晶化学条件，结构参数。1. 温度：T 升高质点热

27、运动加剧体积膨胀相互作用减弱表面张力下降温度反常现象：a. 对于 PbO-SiO2 体系，其表面张力随温度升高而略微变大，温度系数为正值；b. 一般含有表面活性物质的系统也出现正温度系数； 可能的原因：与在较高温度下出现“解吸”过程有关。对于硼酸盐熔体：a. 随着碱含量减少，表面张力的温度系数由负逐渐接近零值；b. 当碱含量进一步减少，d /dT 也将出现正值； 由于温度升高时，熔体中各组分的活动能力增强，扰乱了熔体表面BO3 平面基团的整齐排列，致使表面张力增大。2. 结构：a. 结构类型相同的离子晶体，其晶格能越大，则其熔体的表面张力也越大；b. 单位晶胞边长越小，则熔体的表面张力也越大；

28、 总的说来，熔体内部质点之间的相互作用力愈大，则表面张力也愈大。3. O/Si 比：O/Si 下降-聚合物尺寸升高- e/r 下降表面张力下降一般而言，O/Si 越小，熔体中复合阴离子团越大，e/r 值变小（e 是复合阴离子团所带的电荷，r 是复合阴离子团的半径），相互间作用力越小，复合阴离子团部分地被排挤到熔体表面层，使表面张力降低。4. 碱金属离子：R+升高-解聚作用增强-聚合物尺寸下降- e/r 升高表面张力下降一价金属阳离子具有破网能力，它的加入能使复合阴离子团离解，由于复合阳离子团的r 减小使 e/r 的值增大，相互间作用力增加，表面张力增大。5. 键型的影响：表面张力由大到小的顺序

29、为：金属键 共价键 离子键 分子键第六章题目：1、胶团结构2、三种双电层理论模型比较流体类型；流体：在剪应力作用下能够产生连续变形的物体，如液体，气体，等等；不可压缩流体：流体体积不随压力、温度等外界条件变化的流体；可压缩流体：流体体积随压力、温度等外界条件变化的流体。胶体的基本概念胶体：亦称“胶质”，原指能呈胶态的物质，现在已知各种物质在适当的条件下，都能呈胶态存在。胶体系统：由IUPAC 规定，包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体（胶体电解质）。胶体的特性：胶体的表观特征胶体：作为一种或几种物质以一定的分散度分散在另一种物质中形成的热力学不稳定体系1. 高分散性；2. 多相性；3. 稳定性；4.

30、 流变性。胶体的特性丁达尔现象：当光束通过胶体时，从侧面可以观察到胶体里产生一条光亮的“通路”。原因：胶粒直径大小与光的波长相近，胶粒对光有散射作用；溶液分散质的粒子直径较小，不发生散射作用。布朗运动：在显微镜下观察胶体溶液，可以看到胶体颗粒不断地作无规则的运动；原因：溶剂分子不均匀地撞击胶体粒子，使其不断改变方向、改变速率，发生无规则运动；电泳现象：在外加电场作用下，胶体粒子在分散剂里向电极（阴极或阳极）作定向移动的现象。原因：胶体微粒带有电荷，当胶粒带正电荷时向阴极运动，当胶粒带负电荷时向阳极运动。胶团结构a) 先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核；b) 然后胶核选择性的吸附

31、一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒；c) 胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。胶体的电学性质，胶粒带电的本质：1. 胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。2. 离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。3. 可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，也会使胶粒带电。双电层理论：当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。平板型模型：亥姆霍

32、兹认为：1. 固体的表面电荷与溶液中带相反电荷的（即反离子）构成平行的两层如同一个平板电容器。整个双电层厚度为0。2. 固体表面与液体内部的总的电位差即等于热力学电势0，在双电层内，热力学电势呈直线下降。3. 在电场作用下，带电质点和溶液中的反离子分别向相反方向运动。评价：1. 该模型过于简单，由于离子热运动，不可能形成平板电容器；2. 能够说明在外电场作用下带电质点的运动，但无法区别表面电势与电势；修正扩散双电层模型。扩散双电层模型Gouy 和 Chapman 认为：1. 由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果，溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度，称

33、为紧密层；2. 另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中，称为扩散层；3. 双电层由紧密层和扩散层构成。移动的切动面为 AB 面。Stern 模型Stern 对扩散双电层模型作进一步修正，认为：1. 吸附在固体表面的紧密层约有 1 2 个分子层的厚度，后被称为 Stern 层；2. 由反号离子电性中心构成的平面称为 Stern 平面。3. 由于离子的溶剂化作用，胶粒在移动时，紧密层会结合一定数量的溶剂分子一起移动，所以滑移的切动面由比 Stern 层略右的曲线表示；4. 从固体表面到 Stern 平面，电位从0 直线下降为。电动现象；由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷

34、。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象，即“因电而动”；胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势；带电的介质发生流动，则产生流动电势。这是“因动而生电”；以上四种现象统称为电动现象。胶体的稳定性；溶胶属于热力学不稳定系统它之所以能够稳定存在，是因为它具有一定的动力学稳定性，其动力学稳定的原因可用 DLVO 理论解释。DLVO 理论要点：1. 胶团之间既存在引力势能，也存在斥力势能；2. 溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能或引力势能的相对大小；3. 斥力势能、引力势能以及总势能都随粒子间的距离的变化而变化，由于斥力势能及引力势能与距离关系的不同，

35、因此必然会出现在某一距离范围内引力势能占优势；而在另一距离范围内斥力势能占优势的现象；4. 理论推导表明，加入电解质时，对斥力势能影响不大，但对引力势能的影响却十分明显。动力学稳定性：由于溶胶粒子直径小，布朗运动激烈，在重力场中不易沉降，使溶胶具有动力学稳定性；聚结稳定性：胶粒之间有相 互吸引的能量 Va 和相互排斥的能量 Vr，总作用能为 Va+Vr；当粒子相距较大时，主要为吸力，总势能为负值；当靠近到一定距离，双电层重叠，排斥力起主要作用，势能升高。要使粒子聚结必须克服这个势垒。胶体稳定的主要原因1. 胶粒间同种电荷的排斥作用；2. 胶粒的溶剂化作用；3. 胶粒的布朗运动。粘土粒子的荷电行

36、为（永久负电荷、可变电荷净电荷）永久负电荷：主要由粘土晶格内部离子与外界离子置换所产生。例如，硅氧四面体中Si4+ Al3+，铝氧八面体中 Al3+Mg2+；负电荷的数量取决于晶格内同晶置换的多少；负电荷存在于层状结构单元的表面，依靠静电引力吸引一定数量的阳离子达到电荷平衡。可变电荷：由吸附于粘土表面的腐殖质离解而产生，电荷的性质和数量随介质的 pH 值而改变。以高岭石为例：1. 在中性或极弱的碱性条件下带少量正电荷；2. 在酸性条件下带更多的正电荷；3. 在强碱性条件下带负电。净电荷：粘土表面正电荷与负电荷的代数和。通常负电荷多于正电荷，因此粘土表面一般带负电荷；在较强的酸性条件下，少数粘土

37、会带正电荷。粘土的离子吸附与交换1. 由于粘土的荷电性，使之必然要吸附介质中的离子（通常指阳离子）以平衡其所携带的电荷（通常为负电荷）；2. 所吸附的阳离子能够被介质中其它浓度高、价数高的阳离子所交换，使得粘土具有离子交换性质。离子吸附：粘土胶体与离子之间的相互作用；离子交换：离子之间的相互作用。阳离子的吸附与交换1. 同号离子相互交换；2. 离子以等当量交换；3. 交换与吸附可逆；4. 离子交换不影响粘土本身的结构。阳离子交换容量的影响因素：1. 组成；2. 粘土的粒度：3. 有机质含量；4. 介质 pH 值，离子浓度，等等。n 离子价，水化半径。1. 离子价的影响：相同的环境条件下，离子价

38、越高，与粘土的吸附力越强；M3+ M2+ M+注：H+例外体积小电荷密度高与粘土之间的吸附力最强。2. 离子水化半径的影响：对于同价离子，半径越小则水化膜越厚，则离子与粘土表面间距越大，与粘土间的吸附力越弱。水化半径：Li+ Na+ K+吸附力：Li+ Na+ Al3+ Ba2+ Sr2+ Ca2+ Mg2+ NH4+ K+ Na+ Li+离子浓度相同时，前面的离子能够交换出后面的离子。阴离子的吸附与交换1. 粘土对阴离子的吸附量随介质 pH 值升高而降低；2. 阴离子吸附与交换是在粘土边面上进行；3. 阴离子的形状与粘土边面结构的几何情况相适应，或阴离子与粘土上 OH-离子几何大小相同，则该

39、阴离子的吸附是牢固的。阴离子交换容量的影响因素：1. 粘土组成；2. 阴离子特性，等等。粘土对阴离子的吸附强度：与离子自身特性，几何形状，尺寸等因素有关。32 744OH- CO 2- P O 4- PO 3- I- Br- C- NO3- F- SO 2-离子浓度相同时，前面的离子能够交换出后面的离子粘土颗粒的水化行为；粘土与水的作用：1. 粘土晶格表面上氧与氢氧基可以与靠近表面的水分子通过氢键结合水分子的电子分布发生改变极性分子依次重叠排列直至水分子的热运动足以克服有序排列；2. 粘土表面电荷使上述有序排列得到强化；3. 粘土表面的交换性阳离子在有水存在时发生水化作用，形成牢固结合水层，疏

40、松结合水层，以及外部自由水。粘土水结合的影响因素：1. 粘土组成；2. 粘土颗粒结构形态，分散度，等等；3. 吸附离子的种类，性质，等等。粘土与异价阳离子的结合水量：一价阳离子 二价阳离子 三价阳离子粘土与同价阳离子的结合水量：离子半径增大，结合水量减少。粘土胶体的电动性质；电位：与阳离子的电价和浓度有关，扩散层增厚电位升高：由于溶液中离子浓度较低，阳离子容易扩散而使扩散层增厚；离子浓度增加扩散层压缩电位下降电位可以反号；电位的影响因素：1. 粘土表面电荷的密度：随之增大，成正比关系；2. 双电层厚度：随之增大，成正比关系；3. 吸附离子的种类，性质，离子 半径等等：M+ M2+ M3+ 半径

41、增大电位下降4. 电解质浓度；5. 粘土组成；6. 粘土胶体颗粒的形状，尺寸，表面光洁度，等等。粘土水系统的稳定性。胶溶：加入电解质使系统流动性提高的现象；絮凝：加入电解质使系统流动性降低的现象。从流变学的观点：提高流动性需要打开体系内部的一切结构；降低流动性需要促进体系内部结构的建立。胶溶过程的本质：使边面、边边结合破坏，形成以面面结合为主的内部结构，降低体系粘度，从而提高流动性。促进胶溶的方法：1. 使介质处于碱性条件下：使粘土边面带负电荷，可以增加表面净负电荷，有利于抑制和消除边面、边边结合，提高静电斥力；2. 用一价阳离子交换粘土所吸附的阳离子：使扩散层增厚，从而提高电位注，阳离子过量

42、会压缩扩散层，使电位降低而粘度提高。3. 加入阴离子：阴离子与高价阳离子作用，有利于使一价阳离子的交换更趋完全；中和边面上的正电荷或建立新的负电荷位置，强化静电斥力，促进胶溶。粘土水系统的稳定手段1. 控制 pH 值 调节粘土荷电特性， 电位，等等；2. 添加电解质 利用静电斥力调节粘土稳定悬浮的能力；3. 添加表面活性物质对颗粒表面进行修饰；4. 添加有机高分子利用长链分子的空间位阻效应保持稳定悬浮。第九章题目：1、固相反应步骤2、固相反应的影响因素与固相反应相关的基本概念，固相反应的特点，等等；固相反应定义：广义的定义：凡是有固体参加的反应均称为固相反应；固体的氧化，还原，相变，分解，固体

43、与固体、液体、气体之间的反应，等等。狭义的定义：固体与固体之间发生化学反应生成新的固体产物的过程。单一固相的反应定义：包括由热或光化学方法引发的固体无机化合物的分解反应和固体有机化合物的分子聚合反应。固固相反应定义：两种固态反应物相互作用生成一种或多种产物物相的反应。反应类型：1. 加成反应；2. 交换反应。1. 加成反应：是指两个固相反应物 A 和 B 作用生成一个固相产物 C 的过程；反应推动力：反应物与生成物之间的自由能之差；反应机制交互扩散，反应物原子或离子穿越各自及生成物的相区，在相界面上进行反应。特点：反应熵很小，反应界面很小，反应速度很慢，单位时间内放热很少可视为等温反应。2. 交换反应：AY+BX=BY+AX反应条件：参与反应的各组分之间的交互溶解度很小；阳离子的迁移速度远远大于阴离子的迁移速率。3. 其它反应类型： 固溶反应/ 离溶反应：多组元体系中，各组元形成固溶体或由固溶体中析出纯组元的现象；固相反应的特点：固体质点间作用力很大扩散受到限制反应组分局限在固体中反应只能在界面上进行反应物浓度并不很重要均相动力学不适用。固相反应的驱动力：固相化学反应表现为组分原子或离子在化学势场或电化学势场中的扩散； 固相反应的驱动力会表现为原子或离子的化学势的局部变化。1. 化学势或电化学势梯度；2. 温度梯度；3. 外电场；4. 表面张力，等等。固相