《硅酸盐物理化学》讲义

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1、硅酸盐物理化学PhysicalChemistryforsilicate课程名称:硅酸盐物理化学教师姓名:张智强教师编号:13040007绪论1、课程的研究对象主要针对无机非金属材料（硅酸盐材料）的组成、结构、性能三个方面的问题，研究这三者之间的关系和规律，着重探明物质的反应规律、结构变化与性能的内在联系。●材料—物质(具有使用功能或使用效能)，材料的发展史是人类文明进程的标志。天然材料50万年前，动物、植物和矿物。旧石器和新石器烧制材料约1万年前，陶器、瓷器；7千年前，青铜器；5千年前，铁器；水泥，19世纪中后叶。合成材

2、料上世纪初，合成高分子材料，合成塑料、合成橡胶、合成纤维等。复合材料各种有机、无机功能材料、复合材料智能材料形状记忆材料、电致变色材料等。●材料学的分支金属材料无机非金属材料高分子材料复合材料●不同的材料形式各异、性能不同，不同的行业对其性能要求不同，如何认识、把握它们？●材料学的主要任务：掌握材料的合成与制备，材料的组成、结构、性能之间的关系和规律。2、学习方法用物理学和化学的方法去探求材料的组成、结构、性能三者的规律以及它们之间的相互关系，着重树立物质结构从微观、亚微观到宏观不同层次与宏观性能之间的关系的认知方法。3

3、、相关知识准备《无机化学》、《物理化学》、《结构化学》、《结晶学》等。4、主要教学内容结晶状态；晶体缺陷；熔体和玻璃体；胶体（粘土—水系统）相平衡与相图。主要参考文献1.浙江大学等校编，《硅酸盐物理化学》，中国建筑工业出版社，19802.叶瑞伦等编，《无机材料物理化学》，中国建筑工业出版社，19863.W.D.金格瑞编著，《陶瓷导论》，中国建筑工业出版社，19824.韦丹编著，《固体物理》，清华大学出版社，20075.周公度编著，《无机结构化学》，科学出版社，19826.PaulC.Hiemenz著，《胶体与表面化学原理

4、》，北京大学出版社，19867.胡志强主编,《无机材料科学基础教程》,化学工业出版社,20038.P.贝尔塔等著,《玻璃物理化学导论》,中国建筑工业出版社,1983第二篇第一章结晶状态基本要求：了解电子构型对材料性质的影响以及能带理论模型对材料性质的影响，掌握结构与球的密堆积，离子晶体的结构特征，结晶化学定律，硅酸盐结构的特点和分类，鲍林规则。第一节电子构型与原子键合第五节二元化合物第二节分子轨道与能带第六节多元化合物第三节单质晶体第七节硅酸盐结构第四节离子晶体通论第八节硼酸盐结构什么叫结晶状态？有什么特征？什么叫非结晶

5、状态？有什么特征？物质从结构的角度分为:晶态和非晶态。晶态--物质内部的原子或分子呈有序排列。非晶态--物质内部的原子宏观排列无序。晶体与非晶体的宏观特征晶体●规则的几何外形●晶面角守恒●各向异性●有固定的熔点非晶体●无确定的外形●介稳性●各向同性●无固定的熔点晶体非晶体烟水晶有色玻璃第一节电子构型与原子键合一、电子构型与量子力学1、电子的波粒二象性电子具有波动性和粒子性，符合测不准原理。2、描述电子行为的薛定锷方程式3、电子的能量是量子化的（非连续）。4、电子构型与四个量子数主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数。二

6、、电子构型对材料性质的影响1、电子构型的相似与化学性质的相似2、对材料光学性质的影响（颜色、光谱性质）3、对化学键型的影响化学键型主要由原子的电负性决定，典型的金属键、离子键和共价键，不同键型的物质具有不同的结构。三、共价键的本质第二节分子轨道与能带一、分子轨道理论1、分子中核外电子的运行轨迹称为分子轨道，由原子轨道组成。2、两个原子轨道组合成两个分子轨道，一个成键轨道（能量低于原子轨道），一个反键轨道，两个电子填充于成键轨道。3、不同原子轨道有效组成分子轨道必须满足能量相近，轨道最大重叠和对称性匹配等三个条件。主要有σ

7、和π键等。二、能带理论1、能带理论相似于分子轨道理论，但前者的电子是离域的，为整个晶体，后者局限于分子中。2、能带、导带和禁带附图2-1-1导体和非导体的能带模型三、能带理论模型对材料导电性的解释1、金属钠的能带形成与导电性附图2-1-2金属键与能带的形成附图2-1-3钠原子相互结合在一起时，能级变宽成能带，外层电子能级首先变宽2.金刚石与石墨的能级、能带与导电性附图2-1-4金刚石和石墨的能级图及能带图第三节单质晶体按化学键本质将晶体分为金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体。由同种元素组成的晶体称为单质晶体，有金属晶

8、体、共价晶体和分子晶体。一、由金属元素组成的单质晶体1、结构与球的密堆积a.等径球体堆积原理b.两种最紧密堆积方式ABABA，ABCABC附图2-1-5(a)密排球面平面图(b)双层密排球面平面图附图2-1-6(a)六方（hcp）密堆积(b)面心立方(fcc)密堆积附图2-1-7(a)四面体空隙；(b)八面体空隙c