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材料化学第二章习题参考 答案1
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第二章参考答案
原子间的结合键共有几种?各自特点如何?
类 型
键合强弱
形成晶体的特点
离子键
最强
无饱和性和方向性:高配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电
共价键
强
有饱和性和方向性:低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、在熔态也不导电
金属键
较强
无饱和性和方向性:配位数高、结构密堆、塑性较好、有光泽、良好的导热、导电性
氢键
弱
有饱和性和方向性;高分子化合物形成氢键数目巨大,对其熔点及力学等性能影响大;对小分子熔点、沸点、溶解性、黏度也有一定影响。
范德华键
最弱
无饱和性和方向性:结构密堆、高熔点、绝缘
为什么可将金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题?
答:
金属晶体中金属原子之间形成的金属键即无饱和性又无方向性, 其离域电子为所有原子共有,自由流动,因此整个金属单质可看成是同种元素金属正离子周期性排列而成,这些正离子的最外层电子结构都是全充满或半充满状态,电子分布基本上是球形对称,由于同种元素的原子半径都相等,因此可看成是等径圆球。又因金属键无饱和性和方向性, 为使体系能量最低,金属原子在组成晶体时总是趋向形成密堆积结构,其特点是堆积密度大,配位数高,因此金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题.
计算体心立方结构和六方密堆结构的堆积系数。
(1) 体心立方
a :晶格单位长度
R :原子半径
,n=2, ∴
(2)六方密堆
n=6
试确定简单立方、体心立方和面心立方结构中原子半径和点阵参数之间的关系。
解:简单立方、体心立方和面心立方结构均属立方晶系,点阵参数或晶格参数关系为,因此只求出a值即可。
对于(1)fcc(面心立方)有, ,
(2) bcc体心立方有: ;
(3) 简单立方有:,
金属铷为A2型结构,Rb的原子半径为0.2468 nm,密度为1.53g·cm-3,试求:晶格参数a和Rb 的相对原子质量。
解:
其中, ρ为密度, 为晶格常数, 晶胞体积,NA为阿伏加德罗常数6.022×1023 mol-1,M为原子量或分子量,n为晶胞中分子个数,对于金属则上述公式中的M为金属原子的原子量,n为晶胞中原子的个数。
对A2型,为体心立方, 则有n=2,,
= 85.30 kg/mol
FCC结构的镍原子半径为0.1243nm。试求镍的晶格参数和密度。
解:对于镍金属原子晶体,因属面心立方,有
铀具有斜方结构,其晶格参数为a=0.2854nm,b=0.5869nm,c=0.4955nm;其原子半径为0.138nm,密度为19.05g?cm-3。试求每单位晶胞的原子数目及堆积系数。
斜方晶系即正交晶系:a≠b≠c, α=β=γ
6个O2-离子环绕一个Mg2+离子,将离子看成硬球,其半径分别是,。试求O2-离子之间隙距离。
(岩盐型结构: 负面心立方排列,正离子八面体间隙位 )
解:
代表Mg离子。代表O 离子
已知金属镍为A1型结构,原子间接触距离为249.2pm,请计算:1)Ni立方晶胞的参数;2)金属镍的密度;3)分别计算(100)、(110)、(111)晶面的间距。
解:对于面心立方A1型: 原子间接触距离249.2pm=0.2492nm=2R,
(1),
(2)金属镍的密度:
(3)对于立方晶系,面间距公式为:
因此有:
(100) 晶面间距: =0.3525nm
(110) 晶面间距:
(111) 晶面间距: nm
试计算体心立方铁受热而变为面心立方铁时出现的体积变化。在转变温度下,体心立方铁的晶格参数是0.2863nm,而面心立方铁的点阵参数是0.359lnm。
解: 体心立方: V1=a3 = (0.2863nm)3 = 0.02347 nm3
面心立方: V2= a3 = (0.3591nm)3 = 0.04630 nm3
ΔV=V2-V1=0.02284nm3, 因此体积增大0.02284 nm3
单质Mn有一种同素异构体为立方结构,其晶胞参数为0.6326nm,密度?= 7.26 g?cm-3,原子半径r = 0.112n
12固溶体与(液体)溶液有何异同?固溶体有几种类型?
固体溶液与液体溶液的共同点:均具有均一性、稳定性,均为混合物,均存在溶解性问题(对固态溶液称为固溶度,对液体溶液称为溶解度);
1.均一性:溶液各处的密度、组成和性质完全一样;
2. 稳定性:温度不变,溶剂量不变时,溶质和溶剂长期不会分离;
3.混合物:溶液一定是混合物。
固体溶液与液体溶液的不同点:固溶体的溶质和溶剂均以固体形式出现,而液体溶体的溶质和溶剂均以液体形式出现;
固溶体:又称固体溶液,指由一种或多种溶质组元溶入晶态溶剂,并保持溶
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