武汉理工大学材料科学基础_第二章_部分习题课件.ppt

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1、第二章晶体结构与晶体中的缺陷习题课2、书写缺陷反应式应遵循的原则3、缺陷浓度计算4、固溶体的分类及形成条件5、研究固溶体的方法第一章习题课1、缺陷的分类6、非化学计量化合物点缺陷热缺陷杂质缺陷非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）Frankel缺陷Schttyq缺陷非化学计量化合物类型：阳离子填隙型阴离子间隙型阳离子空位型阴离子缺位型2-1名词解释：类质同晶：化学组成相似或相近的物质，在相同的热力学条件下，形成的晶体具有相同的结构，这种现象称为类质同晶现象。同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下，

2、结晶成结构不同的晶体的现象。正型尖晶石：MgAl2O4（尖晶石）型结构O2-按立方紧密堆积排列，二价离子A充填1/8四面体空隙，三价离子B充填1/2八面体空隙——正型尖晶石结构反型尖晶石结构：二价阳离子充填八面体空隙，三价阳离子一半充填四面体空隙，另一半充填八面体空隙中。弗仑克尔Frankel缺陷:正常结点上的原子（离子）跳入间隙，形成间隙原子。肖特基Schttky缺陷：正常结点上的原子离开平衡位置迁移到晶体表面，在原来位置形成空位。刃位错：位错线与滑移矢量垂直的位错。螺旋位错：位错线与滑移方向相互平

3、行，位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。2-2ThO2具有萤石结构：Th4+离子半径为0.100nm，O2-离子半径为0.140nm，试问a）实际结构中的Th4+正离子配位数与预计配位数是否一致？b）结构是否满足鲍林规则。b）不满足多面体规则，可满足电价规则。（1）第一规则（多面体规则）：围绕每一阳离子，形成一个阴离子配位多面体，阴、阳离子的间距决定于它们的半径之和，阳离子的配位数则取决于它们的半径之比。（2）第二规则（静电价规则）：在一个稳定的晶体结构中，从所有相邻的阳离

4、子到达一个阴离子的静电键的总强度，等于阴离子的电荷数。由萤石型结构知：Th4+离子的CN=8，O2-离子的CN=4S=Z+/n=4/8=1/2Z-=∑Si=1/2×4=2即等于O2-离子的电价Z-=2答：a）预计计算值：因为r+/r-=0.100/0.140=0.7140.414<0.714<0.732，当配位数为8时不稳定，预计配位数为7或6。实际值：由于ThO2具有萤石结构，实际Th4+正离子配位数为八配位。所以实际与预计不一致。MgO具有NaCl结构，根据O2-半径0.140nm和Mg2+半径为

5、0.072nm，计算①球状离子所占据的空间分数（堆积系数）；②MgO的密度。解：①MgO属于NaCl型结构，即面心立方结构，每个晶胞中含有4个Mg2+和4个O2-，故MgO所占体积为VMgO=4×4/3π(RMg2+3+RO2-3）=16/3π×(0.0723+0.1403)=0.0522（nm3)∵Mg2+和O2-在面心立方的棱边上接触∴a=2（RMg2++RO2-）=2×(0.072+0.140)=0.424nm∴堆积系数=VMgO/V晶胞=0.0522/(0.424)3=68.5%②DMgO=m

6、MgO/V晶胞=n.(M/N0)/a3=4×(24.3+16.0)/[(0.424×10-7)3×6.02×1023]=3.51g/cm32-3在萤石晶体结构中，Ca2+半径0.112nm，F-半径0.131nm，萤石晶胞棱长为0.547nm，求：⑴萤石晶体中离子堆积系数(球状离子所占据的空间分数)⑵萤石的密度解：①萤石属于立方面心结构，每个晶胞中含有4个Ca2+和8个F-，故CaF2所占体积为VCaF2=4×4/3π(RCa2+3）+8×4/3π(RF-3）=16/3π×0.1123+32/3π0.

7、1313=0.0988（nm3)∵a=0.547nm∴V晶胞=0.5473=0.1637nm3∴堆积系数=VCaF2/V晶胞=0.0988/0.1637=60.4%②DCaF2=mCaF2/V晶胞=n.(M/N0)/a3(阿伏加德罗常数N0=6.02×1023mol-1)=4×(40+2×19)/[(0.1637×10-21)×6.02×1023]=3.17g/cm32-4硅酸盐晶体结构分类原则：根据结构中硅氧四面体的连接方式分成五种硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系2-5(１)O2-作立方面心堆积

8、时,画出适合阳离子位置的间隙类型及位置，(以一个晶胞为结构基元表示出来); (2)计算八而体空隙数与O2-数之比,四面体空隙数与O2-数之比;(3)用键强度及鲍林规则解释（电价规则）,对于获得稳定结构各需何种价离子（空隙内各需填入何种价数的阳离子，举出—个例子）I.所有八而体空隙位置均填满;II.所有四面体空隙位置均填满;III.填满—半八面休空隙位置.IV.填满—半四面体空隙位置;解：(1)略（第一章中等大球体立方米堆）;第一章PPT113-119