《材料科学基础》1晶体结构.docx

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1、材料科学基础1晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数(晶面指数)、离子晶体的晶格能、原子半径 与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结 构、铁电效应、压电效应.2、(1) 一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c,求出该晶面的米勒指数；(2) 一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c,求出该晶面的米勒指数。3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向:(001)与210, (111)与112, (110)与111, (322)与236, (257)与111, (123)与121, (102), (11

2、2), (213),110, 111, 120, 3214、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。5、已知Mg2+半径为0.072nm, 0?.半径为o.MOnm,计算MgO晶体结构的堆积系数与 密度。6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。7、从理论计算公式计算NaCl与MgO的晶格能。MgO的熔点为2800C, NaCl为801c 请说明这种差别的原因。8、根据最密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金钢石结构的空间利用率很低(只 有34.01%),为什么它也很稳定？9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25. 9%；10、金属镁原子作六方密

3、堆积，测得它的密度为1.74克/厘米3,求它的晶胞体积。11、根据半径比关系，说明下列离子与02配位时的配位数各是多？ ro2=0A32nm rsi4+=0.039w7t rK+=O.1337im rAi3+=0.057/i/7i rMg2+=0.0787im12、为什么石英不同系列变体之间的转化温度比同系列变体之间的转化温度高得多？13、有效离子半径可通过晶体结构测定算出。在下面NaCl型结构晶体中，测得MgS 和MnS的晶胞参数均为a=0.52nm(在这两种结构中，阴离子是相互接触的)。若 CaS(a=0.567nm) CaO(a=0.48nm)和MgO(a=0.42nm)为一般阳离子 阴

4、离子接触，试求这 些晶体中各离子的半径。14、氟化锂(LiF)为NaCl型结构，测得其密度为2.6g / cm3,根据此数据汁算晶胞参数, 并将此值与你从离子半径计算得到数值进行比较。15、Li20的结构是02-作面心立方堆积，Li+占据所有四面体空隙位置。求：(1)计算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。2-能否互相接触。(2)根据离子半径数据求晶胞参数。(3)求Li20的密度。16、试解释对于AX型化合物来说，正负离子为一价时多形成离子化合物。二价时则形 成的离子化合物减少(如ZnS为共价型化合物)，到了三价、四价(如AIN, SiC)则是形成共价

5、化合物了。17、MgO和CaO同属NaCl型结构，而它们与水作用时则CaO要比MgO活泼，试解 释之。18、根据CaF2晶胞图画出CaF2晶胞的投影图。19、算一算Cdh晶体中的I-及CaTiO3晶体中02的电价是否饱和。20、(1)画出-作而心立方堆积时，各四面体空隙和八面体空隙的所在位置(以一个晶 胞为结构基元表示出来)。(2)计算四面体空隙数、八而休空隙数与一数之比。(3)根据电价规则，在下面情况下，空隙内各需填入何种价数的阳离子，并对每一 种结构举出一个例子。(a)所有四面体空隙位置均填满；(b)所有八而体空隙位置均填满；(c)填满一半四面体空隙位置；(d)填满一半八面休空隙位置。21

6、、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型：Mg2SiO4, KAISi3O8, CaMgSi2O6, Mg3Si40io(OH)2, Ca2AlASO7。22、根据Mg2SiO4在(110)面的投影图回答：(1)结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样？(2)-的电价是否饱和？(3)晶胞的分子数是多少？(4) Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少？23、石棉矿如透闪石Ca2Mg5Si4Ou(OH)2具有纤维状结晶习性，而滑石 Mg2Si4O10(OH)2却具有片状结晶习性，试解释之。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。2

7、5、(1)在硅酸盐晶体中，AF+为什么能部分置换硅氧骨架中的Si4+；A13+置换Si4+后,对硅酸盐组成有何影响？用电价规则说明A13+置换骨架中的Si4+时，通常不超过一半，否则将使结构不稳定。1、略。2、解：(1) h:k:l=l/2:l/3:l/6=3:2:l,，该晶面的米勒指数为(321)； (2) (321)3、略。4、略。5、解：MgO 为 NaCl 型，CT2-做密堆积，Mg2+填充空隙。ro2. =0.140nm, rMg2+=0.072nm, z=4,晶胞中质点体积：(4/3乂兀1*02-3+4/3 UNaCl, A MgO的熔点高。8、略。9、解：设球半径为a,则球的体积

8、为4/3一,求的z=4,则球的总体积(晶胞)4x4/3一, 立方体晶胞体积：(21a)3=161a?,空间利用率二球所占体积/空间体积=74.1%,空隙率 = 1-74.1%=25.9%o10、解：p=m/V 晶=1.74g/cm3, V=L37xl(y22。11、解：Si4+4； K+12；Al3+6； Mg2+6o12、略。13、解：MgS 中 a=5.20?,阴离子相互接触，a=21.rS2-=1.84?； CaS 中 a=5.67?, 阴-阳离子相互接触，a=2(r+)，.rCa 2+=0.95?；CaO 中 a=4.80?, a=2(r+r-), Aro2-=1.40?； MgO 中

9、 a=4.20?, a=2(r+r-), A rMg2+=0.70?o14、解:LiF 为 NaCl 型结构，z=4, V=a3, p=m/V=2.6g/cm3, a=4.05?,根据离子半径 a=2(r+r-)=4.14?, aval。15、解： 如图是一个四面体空隙,0为四面体中心位置。AO=r+r BC=25 CE=J5 f, CG=2/3CE=2r73, AG=2J6 r73, OGCAEFC, OG/CG=EF/CF, OG=EF/CFxCG=J6 r76, AO=AG-OG=、Ki72, r+=AO-f =(、K/2l)r=0.301?,查表知 rLi+=0.68? 0.301?,

10、O2-不能互相接触；(2)体对角线=的=4(产+1-), a=4.665?；(3) p=m/V=l,963g/cm3.16、略。17、解：rMg2+与2+不同，rCa2+ rMg2+,使CaO结构较MgO疏松，H2O易于进入, 所以活泼。解：CdL 晶体，Cd2*： CN=6, 1 与三个在同一边的 Cd2相连；F： CN=3,=l=|z|,丁 avr电价饱和;CaTiOj 晶体，Ca： CN=12, Ti *： CN=6, OtOTicCa ： CN=6, V=2= | z./1, 丁0电价饱和。20、(1)略；(2)四面体空隙数/O2-数=2:1,八面体空隙数/O2-数=1:1；(3) (

11、a)CN=4, z+/4x8=2, z+=l, NazO, U2O； (b)CN=6, z+/6x6=2, z+=2, FeO, MnO； (c) CN=4, z+/4x4=2, z+=4, ZnS, SiC； (d)CN=6, z+/6x3=2, z+=4, MnO2o21、解：岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。22、解：（1）有两种配位多面体，SiO4, MgO6,同层的MgO6八面体共棱，如59MgO6 和49MgO6共棱75。2-和270匕 不同层的MgO6八面体共顶，如lMgO6和51MgO6共 顶是22O2,同层的MgO6与SiO4供顶，如TMgO6和7SiO4共顶

12、22O2,不同层的MgO6 与SiO4共棱,TMgO6和 与SiO4共 280?-和 280%（2）0与 3 个MgOj和 1 个SiO配位，yl=2=|z|,饱和；（3）z=4；十（3） z=4；（4） Si4+占四面体空隙=1/8, Mg2+占八面体空隙=1/2。23、解：透闪石双链结构，链内的Si-0键要比链5的Ca-O、Mg-0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Si04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、解：石墨中同层C原子进行SP2杂化，形成

13、大n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。25、解：A/可与。2-形成ak）45-； a/与Si4+处于第二周期,性质类似，易于进 入硅酸盐晶体结构中与Si4+发生同晶取代，由于鲍林规则，只能部分取代；（2）A13+置换Si4+ 是部分取代，A13+取代Si4+时，结构单元AlSiO4ASiO5,失去了电中性，有过剩的负电荷, 为了保持电中性，将有一些半径较大而电荷较低的阳离子如K Ca2 Ba2+进入结构中；（3） 设A13+置换了一半的Si4+,则-与一个si4+一个AP+相连，阳离子静电键强度 =3/4x1+4/4x1 =7/4, 02.电荷数为一二者相差为1/4,若取代超过一半，二者相差必然1/4, 造成结构不稳定。