材料化学(第四讲)
2022届高三化学高考备考一轮复习第4章非金属及其重要化合物第4讲碳硅及无机非金属材料讲义
第4讲碳、硅及无机非金属材料[课程标准]1．结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解碳、硅及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。
2．结合实例认识碳、硅及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
3．能借助国家关于安全生产、环境保护、食品安全、药物开发等方面的法律法规分析与化学有关的社会热点问题。
考点一碳及其重要化合物1．碳单质：存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯等，它们互为同素异形体。
[点拨] ①碳单质的结构不同导致物理性质不同，但化学性质相似。
②同素异形体之间的转化是化学变化，但不是氧化还原反应。
2．碳的氧化物(CO、CO2)的比较CO CO2物理性质无色、无味的气体，密度比空气小，难溶于水无色、无味的气体，密度比空气大，可溶于水(溶解度小)毒性有毒(易结合血红蛋白)无毒(温室效应)化学性质还原性可燃性，还原氧化铁—氧化性—①与炽热的木炭反应②Mg在CO2中燃烧与水反应—CO2＋H2O H2CO3与碱反应(石灰水) —Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O(检验CO2)相互转化CO2C，△①O2；②CuO CO用途燃料、冶炼金属灭火、制汽水、植物肥料、化工原料等3.碳酸(H2CO3)：弱酸、不稳定。
碳酸只能存在于水中，在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。
4．碳酸的正盐和酸式盐的比较正盐(CO2－3) 酸式盐(HCO－3) 溶解性只有钾、钠、铵盐可溶一般都可溶热稳定性正盐>酸式盐溶液(同浓度)pH(同温度)正盐>酸式盐相互转化CO2－3①CO2＋H2O；②H＋OH－HCO－31．(2021·济宁一模)平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了－20 ℃能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、重量仅为10 kg的熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象。
材料化学-曾兆华-第四章课件-化学热力学
固体材料外表的润湿问题
➢固体的外表自由能〔又称外表张力〕 γSV越大，越易被一些液体所润湿。
➢对液体来说，一般液体的外表张力〔除
液态汞外〕都在100mN/m以下。一类是
高能外表，例如常见的金属及其氧化物
、硫化物、无机盐等，它们易为一般液
体润湿；另一类是低能外表，包括一般
的有机固体及高聚物，它们的外表自由
材料化学-曾兆华-第四章课 件-化学热力学
主要内容
• 化学热力学根底及应用 • 埃灵罕姆图〔Ellingham Diagrams〕及其应用 • 材料界面热力学 • 相平衡与相图
Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials
2
学习目的
• 体会化学热力学在材料研究中的一些运用； • 掌握界面热力学与材料性质的关系 • 能解读分析材料工艺中碰到的各种相图。
n
P93，例题4-4
27
外表现象根本规律
28
4.2.2 润湿和接触角
润湿:固体与液体接触时所发生的一种外表现象，属于固液 界面行为，是指固体外表上的一种液体取代另一种与之不想 混溶流体的过程。
润湿类型和润湿功
分为：沾湿(adhesion)、铺展(spreading) 和浸湿(dipping)
附着润湿
• 热力学第三定律——在绝对零度时，任何纯 物质的完整晶体S的S2熵98K 都S0K 等S 于0 零。
Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials
7
• 自由能〔Free Energy〕
GHTS dGdHTdS
G H T S
热力学第二定律 ——在任何自发变化过程中，自由能总是减少的
《材料化学》课程教学大纲
《材料化学》课程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：本科层次，应用化学、化学课程代码：18E00615学时分配：36赋予学分：2先修课程：无机化学、有机化学、分析化学、物理化学后续课程：二、课程性质与任务《材料化学》是应用化学的专业选修课程。
应用化学是一门以化学为基础的专门学科，因此对于该学科的本科学生来讲开设化学基础课尤显重要。
本课程的作用和任务在于指导学生切实地了解和掌握材料（主要是无机材料）化学所涉及的基本原理和一些基本概念，初步了解材料化学基本概念和原理，有利于学生今后从事相关工作。
三、教学目的与要求通过材料化学课程的学习，使学生了解当代材料科学的新概念、新理论、新技术、新工艺，掌握金属材料、无机非金属材料、高分子材料的基本知识，以及物理化学、电化学、光化学等化学基础知识在材料科学研究中的应用。
注重培养学生综合运用化学知识解决问题的能力；树立“多学科知识交叉与渗透”的观念。
四、教学内容与安排第一章晶体学基础1.1 晶体结构的周期性1.1.1 晶体结构的周期性与点阵1.1.2 晶体结构参数1.1.3 晶体缺陷1.2 晶体结构的对称性1.2.1 对称性基本概念1.2.2 晶体的宏观对称性1.2.3 晶体的微观对称性1.3 晶体的X射线衍射1.3.1 晶体X射线衍射基本原理1.3.2 衍射方向1.3.3 衍射强度1.3.4 常用晶体X射线衍射实验方法1.4 晶体结构的描述第二章晶态和非晶态材料的特性2.1 晶体特征的结构基础2.2晶体学点群和晶体的性质2.2.1 晶体学点群的分类2.2.2 晶体的点群和晶体的物理性质2.3 非正比化合物材料2.4液晶材料2.4.1 液晶和塑晶2.4.2 液晶的特性2.4.3 液晶材料2.4.4 液晶显示技术2.5 玻璃和陶瓷2.5.1 晶态材料与非晶态材料的异同2.5.2 玻璃2.5.3 陶瓷第三章金属材料3.1 金属特性与金属键3.1.1 自由电子理论3.1.2 能带理论3.2 金属单质结构3.2.1 金属单质结构的近似模型——等径圆球密堆积3.2.2 三维密堆积的三种典型型式3.2.3 金属单质结构概况3.2.4 金属原子半径3.3 合金结构3.3.1 金属固溶体3.3.2 金属化合物3.3.3 合金结构与性能3.4 金属材料3.4.1 轻质金属材料3.4.2 钢铁的结构与性能3.4.3 非晶态金属材料3.4.4 形状记忆合金第四章无机非金属材料4.1 离子晶体4.1.1 几种二元离子晶体的典型结构形式4.1.2 离子键与晶格能4.1.3 离子半径4.1.4 Goldschmidt结晶化学定律4.1.5 关于多元复杂离子晶体结构的规则——Pauling规则4.2 分子间做用力与超分子化学4.2.1 分子间作用力4.2.2 超分子化学4.2.3 晶体工程4.3 无机非金属材料4.3.1 无机非金属材料分类4.3.2 碳素材料4.3.3 单质硅4.3.4 无机化合物材料4.3.5 硅酸盐材料第五章高分子材料5.1 高分子材料的发展5.2 高分子材料的结构特点和性能5.2.1 高分子链的结构5.2.2 高聚物分子间的作用力5.2.3 晶态高分子的结构特点5.2.4 高聚物的物理状态转变5.2.5 高分子材料的性能5.3 高分子的聚合方法5.3.1 聚合机理5.3.2 加聚5.3.3 缩聚5.4 塑料5.4.1 塑料的分类5.4.2 塑料的应用5.4.3 塑料的加工5.5 橡胶5.5.1 天然橡胶5.5.2 合成橡胶5.5.3 橡胶的加工5.6 纤维5.6.1 纤维的分类5.6.2 合成纤维5.6.3 纤维加工成型5.7 复合材料5.7.1 复合材料的特性5.7.2 木质材料5.8 医用高分子材料5.8.1 概况5.8.2 生物医用高分子材料5.8.3 人造硬组织材料5.8.4 人工器官及其关键材料5.8.5 高分子药物5.9 导电高分子材料5.9.1 导电高分子材料的分类5.9.2 高分子导电机理5.9.3 共轭导电高分子材料5.9.4 新型导电聚合物体系5.9.5 导电高分子材料的应用5.10 高吸水性高分子材料5.10.1 发展概况5.10.2 超强吸水高分子材料的种类和特征5.10.3 超强吸水高分子材料的制备方法5.10.4 吸水高分子材料的应用第六章纳米材料6.1 纳米技术及纳米材料应用进展6.1.1 纳米科技进展6.1.2 纳米材料的种类6.1.3 纳米材料的特异性能6.2 纳米材料的制备6.2.1 纳米粉体的合成6.2.2 纳米复合材料的制备6.2.3 碳纳米管的制备6.3 纳米结构测试技术6.3.1 基本原理6.3.2 常用仪器6.3.3 检测技术的应用研究6.4 纳米材料的应用6.4.1 纳米材料在高科技中的地位6.4.2 磁学应用6.4.3 纳米催化6.4.4 陶瓷增韧6.4.5 光学应用6.4.6 医学应用6.4.7 环保应用第七章新型功能材料7.1 光学功能材料7.1.1 激光材料7.1.2 红外材料7.1.3 发光材料7.2 半导体材料7.2.1 半导体的导电机理7.2.2 半导体的分类7.2.3 半导体材料7.3 超导材料7.3.1 超导体的基本物理性质7.3.2 超导体的临界参数7.3.3 超导机理7.3.4 超导材料的种类7.3.5 超导材料的性能7.3.6 超导材料的应用7.4 热电压电和铁电材料7.4.1 热电材料7.4.2 压电材料7.4.3 铁电材料7.5 功能转换材料7.5.1 光电转化材料7.5.2 磁光材料7.5.3 声光材料教学安排及方式材料化学是一门理论性较强的基础理论课，其教学主要为课内讲授。
材料化学第四章
※离子晶体中的配位数通常小于金属晶体而大于共价晶体. ※离子键没有方向性和饱和性，每个离子倾向于键合较多的 异电性离子. ※离子键的基础是正负离子之间的静电作用. ※不等径圆球密堆积
2014-4-15
1、NaCl型
Cl-是面心立方密堆积， Na+安放在八面体空心中， 整个晶体是由Na+和Cl-穿 插排列而成，所以Na+也 是面心立方堆积。
2014-4-15
正离子 配位数 3 4 6 8 12
配位多面体构型 三角形 四面体 八面体 立方体 最密堆积
结构类型 AB AB2 无 无 立方 ZnS SiO2 六方 NaCl型 TiO2型 CsCl型 CaF2型
(2)正负离子的相对数量(组成比n+/n-)决定正负离子配位数之 比及正离子所占空隙分数 (3)离子的极化引起键型及结构型式的变异 ① 离子的极化 离子在相互电场作用下,使电子分布的中心偏离原子核 而发生电子云变形的现象
2014-4-15
rO 1.40Å rMn 0.82Å
⑤如果MgO为(a)(b)， 则有 1.4142*4.21=5.951.40*4=5.60 因而MgO属(c)
rMg rO rMg 1.40 4.21 2
rMg 0.71
1927年Goldschmidt以rF-=1.33Å，rO==1.32Å为基准， 确定了80多种离子半径值。
索烃: 是一种具有连环套拓扑结构的超分子
化合物，通常环与环之间没有共价键联系
2014-4-15
奥林匹克环
2014-4-15
绳结
绳结是一种拓扑结构 法国Sauvage小组：利用双铜离子的三 维模板效应，历时十余年，终于在九十 年代初首次合成出了绳结分子。 Sauvage教授由此而荣获大环化学学术 界的第一个Christensen奖。
第四讲___物质结构与化学键
· H× S×H ·
··
· ·
（6）H2O2（答PH3同样给分） （7）C2H6
1.原子核外电子排布规律 （1）能量最低原理；（2）每一电子层最多排
2n2个电子，最外层不超过8个电子（K层为最外
层时不超过2个），次外层不超过18个电子，倒 数第三层不超过32个电子。
简单原子的原子结构可用如下图的表示方法形象地 表示：其中●表示质子或电子，○表示中子，则下
列有关①②③的叙述正确的是
（A ）
A.①②③互为同位素 B.①②③互为同素异形体
C.①②③是三种化学性质不同的粒子
D.①②③具有相同的质量数 解析 从图示知①、②、③中的质子数等于电子数且 都等于1，可知分别为 1H、 2H、 3 H。 1 1 1
应水化物相互反应的离子方程式 Al(OH)3+OHAlO2 +2H2O
-
。
（3）写出x+y=12与x+y=16的元素最高价氧化物对 。
考点三
离子键、共价键的形成及特征 。 ③离子键是阳离子、
【例3】下列说法正确的是 和非金属化合形成离子键
①在水中氢、氧原子间均以化学键相结合 ②金属
阴离子的相互吸引 ④两个非金属原子间不可能
子数为A-N。故HmX中的质子数为m+A-N，又由于
HmX中H为 1 H，故a g HmX中所含质子的物质的量为： 1
a m A×（A-N+m）mol。
考点二
核外电子排布及等电子数的微粒
【例2】 用A+、B-、C2-、D、E、F、G和H分别表 示含有18个电子的八种微粒（离子或分子），请 回答：
和质量数、质子数、中子数之间的关系及各粒子的 性质。
铜及其化合物
考基导学
考点导析
高考揭秘
活页限时训练
合金是混合物，还是化合物？能否用实验来验证？ 提示 合金属于混合物，金属与金属或金属与非金属形成 合金时，一般认为没有发生化学反应，各成分的化学性质 没有发生改变。如钢的电化学腐蚀中，铁作负极被氧化， 而其中的碳作正极。
考基导学
考点导析
高考揭秘
活页限时训练
三、常见金属材料 黑色金属 金属材料包括纯金属和合金，可分为_________材料 和________材料。 有色金属 1．黑色金属材料——钢铁 钢是用量最大、用途最广的合金。
考基导学 考点导析 高考揭秘 活页限时训练
2.氧化铜和氧化亚铜
名称 氧化铜 氧化亚铜 ______ ______ 黑色 红色 颜色 ＋ 2＋ CuO＋2H＋===Cu2＋＋ _______________________ 与酸反 ______________________ Cu2O＋2H ===Cu ＋ H2O Cu＋H2O 应(H＋) ______ _________ △ △ 与H2反 CuO＋H =====Cu＋H O Cu O＋H =====2Cu＋H O 2 2 2 2 2 _____________________ _______________________ 应
第四讲 铜及其化合物 金属材料
1．了解铜及其重要化合物的性质及其应用。 2．了解常见金属的活泼性顺序。 3．了解合金的概念及其重要应用。
考基导学
考点导析
高考揭秘
活页限时训练
一、铜及其重要化合物 1．铜 (1)物理性质：______色，不能被磁铁吸引。 紫红 (2)化学性质：
考基导学
考点导析
高考揭秘
考基导学
考点导析
材料化学曾兆华第四章课件化学热力学(带特殊条款)
材料化学曾兆华第四章课件化学热力学(带特殊条款)化学热力学是材料化学中非常重要的一个分支，它是研究物质在恒温、恒压或恒容条件下的热力学性质和热力学过程的一门学科。
在材料化学中，化学热力学的应用非常广泛，例如在材料合成、材料加工、材料性能评价等方面都有着重要的应用。
本文将根据曾兆华教授的第四章课件，对化学热力学的基本原理和应用进行详细阐述。
一、化学热力学的基本原理1.热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是指在一个封闭系统中，能量的总量是守恒的。
这意味着能量不能被创造或者消失，只能从一种形式转换为另一种形式。
在材料化学中，热力学第一定律的应用非常广泛，例如在材料合成过程中，可以通过计算反应物的热焓和物的热焓来预测反应的热效应。
2.热力学第二定律热力学第二定律是指在一个封闭系统中，熵的增加是不可逆的。
这意味着在任何过程中，系统的熵总是趋向于增加，而不会减少。
在材料化学中，热力学第二定律的应用也非常广泛，例如在材料加工过程中，可以通过计算系统的熵变来预测加工过程的可行性。
3.热力学第三定律热力学第三定律是指在一个封闭系统中，温度趋近于绝对零度时，系统的熵趋近于一个常数。
这意味着在绝对零度时，系统的熵为零。
在材料化学中，热力学第三定律的应用可以帮助我们预测材料在低温下的热力学性质。
二、化学热力学在材料化学中的应用1.材料合成在材料合成过程中，化学热力学可以帮助我们预测反应的热效应，从而选择合适的合成方法和条件。
例如，在合成陶瓷材料时，可以通过计算反应物的热焓和物的热焓来预测反应的热效应，从而选择合适的合成温度和时间。
2.材料加工在材料加工过程中，化学热力学可以帮助我们预测加工过程的可行性。
例如，在金属加工过程中，可以通过计算系统的熵变来预测加工过程的可行性，从而选择合适的加工工艺和条件。
3.材料性能评价在材料性能评价过程中，化学热力学可以帮助我们预测材料的热力学性质。
例如，在评价材料的熔点时，可以通过计算材料的热焓和熵变来预测材料的熔点，从而评价材料的性能。
2023年高考化学总复习第一部分考点指导第二章典型元素及其化合物 第4讲无机非金属材料
第4讲无机非金属材料【课标要求】1.能列举、描述、辨识碳和硅两种元素单质及其重要化合物的性质及应用。
能用化学方程式正确表示主要化学性质。
2．能从材料组成的角度对无机非金属材料进行分类，并合理使用。
3．能说明无机非金属材料的应用对社会发展的价值。
【学科素养】1.宏观辨识与微观探析：了解C、Si单质及其重要化合物的主要性质及其应用。
2．变化观念与平衡思想：根据碳、硅的结构，预测在一定条件下碳、硅及其化合物可能发生的化学变化。
3．科学态度与社会责任：关注与碳、硅有关的热点问题(如光导纤维、硅电池、半导体材料)，形成可持续发展的意识；认识无机非金属材料对社会发展的重大贡献。
考点考题考点一：硅无机非金属材料2021浙江6月选考第9题2021广东选择考第1题2021广东选择考第4题2021山东等级考第17题2021浙江1月选考第21题2021全国乙卷第26题2020山东等级考第4题2020浙江7月选考第9题2020浙江7月选考第24题2020浙江1月选考第8题2020山东等级考第9题2019全国Ⅰ卷第1、26题2019全国Ⅲ卷第1题2018全国Ⅲ卷第28题考点二：碳及其氧化物2021山东等级考第2题2020全国Ⅱ卷第9题2020全国Ⅲ卷第28题2019全国Ⅰ卷第28题2019全国Ⅱ卷第26题2018全国Ⅰ卷第13题2018全国Ⅱ卷第27题分析近五年高考试题，高考命题在本讲有以下规律：1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题呈现，考查内容主要有以下几个方面：(1)直接考查硅及其化合物、碳及其氧化物的结构、性质。
(2)以传统文化、先进科学技术为素材考查无机非金属材料的组成、性质、应用等。
(3)与环境相结合考查碳循环。
(4)以水煤气变换为载体，考查盖斯定律、化学平衡等化学反应原理的内容。
(5)原料中涉及硅元素的工艺流程中，考查硅及其化合物的性质。
2．从命题思路上看，侧重从晶体结构、物质类型、化合价等方面多角度、多层次分析、认知碳、硅两种元素的单质及其重要化合物；以无机非金属材料为载体考查化学对社会发展的重大贡献；通过二氧化碳对环境的影响的考查，树立低碳绿色可持续发展意识。
材料化学第4章材料的化学热力学剖析
3/12/2021 12:56:50 AM
例：TiO2与MgO的比较
❖ TiO2生成线位于MnO生成线的下方，即表明前者 的稳定性大于后者。
❖ 1000℃下两条氧化物生成线之间的距离：
Ti(s) + O2(g) = TiO2(s) Mn(s) + O2(g) = 2MnO(s)
Chapter 4 Chemical Thermodynamics of Materials
材料化学热力学
3/12/2021 12:56:50 AM
主要内容
❖ 化学热力学基础及应用 ❖ 埃灵罕姆图（Ellingham Diagrams）及其应用 ❖ 相平衡与相图
3/12/2021 12:56:50 AM
3/12/2021 12:56:50 AM
1200K
(165.42 103 ) ln K p 8.3141200 7.197
Kp 1.574107
4.2埃灵罕姆图及其应用 Ellingham Diagrams
4.2.1 埃灵罕姆图
❖ 埃灵罕姆图——G0-T关系图 ❖ G0-T为近似线性关系
G0 A BT
在一定温度下，通过调 节氧气压力，就可控制 反应进行的方向
4.2.2.2 氧化物稳定性比较
❖ G0-T曲线越在下方，金属氧化物的G0负值越大， 其稳定性也就越高。
❖ 在给定温度下，位于下方的G0-T曲线所对应的元 素能使上方G0-T线的金属氧化物还原。 位于H2O生成线上方的金属氧化物都可被氢还原。
S3000K 13.7J K-1 mol-1 S10200K 288.6J K-1 mol-1
材料化学课件-第四章无机非金属材料
金刚石摩氏硬度10，新摩氏硬度15，显微硬度10000kg/mm2， 显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍。金刚石硬度具 有方向性，八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度，菱 形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。
依照摩氏硬度标准(Mohs hardness scale)共分10级，钻石(金刚 石)为最高级第10级。如小刀其硬度约为5.5、铜币约为3.5至 4、指甲约为2至3、玻璃硬度为6。 摩氏硬度等级：1、滑石；2、石膏；3、方解石；4、萤石；
静电引力： 电子排斥力：
2、晶格能
(1)定义：0Ｋ时1mol离子化合物中的离子从相互远离 的气态结合成离子晶体所释放的能量，即：
mMz+ (g) +xXz-(g)=MmXx (s) +U (2)计算： Ａ、公式法（玻恩－朗德Born-Lande)公式
R0；平衡核间距； N0：Avogadro常数； A：Magelung常数，与晶体结构形式有着； m：Born指数，与离子的电子构型有关。
晶系 立方 四方
点阵形式 cF tP
2、离子晶体结构的近似模型
（1）离子晶体模型：不等径圆球密堆积 大球（负离子）密堆积，小球（正离子）填空隙 （2）六种典型结构形式
晶体：NaCl 负离子堆积方式：A1 正离子填隙种类：八面体 正负离子配位比：6：6
晶体：
CsCl
ZnS(立方) ZnS(六方)
trans-DDP
4.3 无机非金属材料的应用
4.3.1 无机非金属材料分类
无机非金属材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮 化物、硼化物、硫系化合物和硅酸盐、钛酸盐、铝酸 盐、磷酸盐等含氧酸为主要组成的无机材料。
通常把无机非金属材料分为传统无机非金属材料和 新型(特种)无机非金属材料两大类。前者指以硅酸盐为 主要成分的材料并包括一些生产工艺相近的硅酸盐材 料，如碳化硅、氧化铝陶瓷、硼酸盐或铬质耐火材料 和碳素材料等。后者主要指20世纪以来发展起来的、 具有特殊性质和用途的材料，如压电、导体、半导体、 生物工程材料以及无机复合材料等。
材料化学教材
材料化学教材材料化学是一门研究材料结构、性能和制备方法的学科，它在现代科学技术中扮演着重要的角色。
本教材旨在系统地介绍材料化学的基本理论、实验方法和应用，帮助学生全面了解材料化学的基本知识和发展趋势。
首先，我们将介绍材料的基本分类和性能。
材料可以分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。
金属材料具有良好的导电、导热性能，广泛应用于工程领域；无机非金属材料包括陶瓷、玻璃等，具有优良的耐高温、耐腐蚀性能；有机高分子材料主要包括塑料、橡胶等，具有轻质、柔软、绝缘等特点。
不同材料的性能差异主要源于其微观结构和化学成分的差异。
其次，我们将介绍材料的制备方法和表征技术。
材料的制备方法包括物理方法、化学方法和生物方法等，其中化学方法是最常用的制备方法之一。
而材料的表征技术则包括X射线衍射、电子显微镜、质谱分析等，这些技术可以帮助我们了解材料的结构和性能。
接下来，我们将重点介绍材料的性能调控和应用。
材料的性能可以通过改变其组成、结构和形貌来进行调控，例如通过合金化、掺杂等方法来改变材料的导电性能；而材料的应用涉及到材料在能源、环境、医药、电子等领域的广泛应用，例如太阳能电池、催化剂、生物材料等。
最后，我们将展望材料化学的未来发展。
随着科学技术的不断进步，材料化学将会迎来更多的突破和创新，例如纳米材料、功能材料等将成为材料化学的研究热点，同时，材料的可持续发展和环保性能也将成为未来材料研究的重要方向。
总之，材料化学是一门重要的学科，它对于推动科学技术的发展和应用具有重要意义。
本教材将帮助学生全面了解材料化学的基本知识和发展趋势，为他们今后的学习和研究打下坚实的基础。
希望本教材能够对学生们的学习和研究有所帮助，也希望材料化学领域的研究能够取得更多的突破和进展。
无机材料化学第4讲优秀课件
2.7 晶体结构的缺陷
理想晶体只能是绝对纯物质在绝对零度以下及 与环境无物质交换作用的系统中存在。
实际晶体往往是不完整(善)的，表现在： 质点围绕平衡位置作热振动； 晶体内不同程度混有杂质； 晶体与环境有某种程度的物质交换； 晶体内局部或多或少会偏离理想的周期构造。
如：出现空位、间隙原子、杂质原子及原子错置等。
空位
点缺陷（零维缺陷）—— 填隙原子
杂质原子
线缺陷（一维缺陷）—— 位 错 面缺陷（二维缺陷）—— 晶界、表面、相界面 体缺陷（三维缺陷）—— 出现分相（异相）
（1）点缺陷
点缺陷是一种局部错乱，其产生仅限于单个原 子或格点上，虽然直接包围着缺陷的原子也受 到某种扰动，但其影响只在邻近的几个原子范 围内，在三维方向上的尺寸都很小。
↘
↙ XX
MX化合物中的基本点缺陷
缺陷所带有效电荷：
× 表示中性， ·表示正电荷， ′表示负电荷。
一个缺陷带几个单位的电荷就用几个这样的符号标出。
缺陷所带有效电荷分析：
（1）对电子和空穴，它们.的有效电荷与实际电荷相等，
分别表示为 e’ 和 h.。
（2）对其它缺陷，有效电荷相当于缺陷电荷减去理想 晶体中同一区域处的电荷。
另一方面，形成缺陷时，由于混乱度增加，晶体 的熵（构型熵或称混合熵）S增加， 即 △S＞0， 该过程放热。
根据△G=△H-T△S，△G取决于△H和△S两个因素，而它们随缺陷浓度的 变化趋势又恰恰相反：△H 随缺陷浓度增大线性增大；△S随缺陷浓度增 大呈指数函数变化。随缺陷浓度增大，G或△G先是降低，趋向一极小时， 又逐渐变大。与G或△G极小值对应的缺陷浓度即平衡缺陷浓度。
间隙原子
空位
材料化学 第4章 固体中的点缺陷
• 完美的晶体是没有热力学地位的
H G
G= H-TS 对于位置的选择所引起的熵变 称为构型熵 根据Boltzmann公式： S=klnw
-TS
缺陷浓度
晶体中有如下几种可能的对理想结构偏离和结构不完整性的情况：
第一，当温度增加时，原子的振动频率也随着增加，其运动能量是量子化的，单位 能量子hν（ch为普朗克常量）叫做声子(phonon) （hole，带正电）。电子可以被激 发到较高的能级，而在通常是充满的电子能带(electronic energy level bands)上留 下空穴，称为电子空穴。如果这个被激发的电子仍然同电子空穴紧密结合在一起， 这个电子–电子空穴对就叫做激子(exciton)，也可以把激子看成是处于激发态的原子 或离子。声子和激子问题，不在缺陷化学的讨论范围内。
点缺陷的局域能级
局域能级是指束缚着电子时的缺陷的能量状 态，不论是施主还是受主，都是指它带有 电子时的状态。
点缺陷的局域能级
• 施主缺陷D
D ED1 D e' D ED2 D e'
ED1
D
受主缺陷A
A E A1 A' h A' E A2 A' ' h
4.3 本征缺陷
• 本征缺陷 • 具有本征缺陷的晶体是指那些不含外来杂 质但其结构并不完善的晶体 (1) 晶体中各组分偏离化学整比性； (2) 点阵格位上缺少某些原子/离子(空位缺陷)； (3) 在格位的间隙处存在原子/离子(间隙缺陷)； (4) 一类原子/离子占据了另一类原子/离子本 该占据的格位(错位缺陷)。
4.1缺陷的分类
• • • • • • 4.1 缺陷的分类(根据缺陷的尺寸) (1)点缺陷，零维缺陷 (2) 线缺陷，一维缺陷 (3) 面缺陷，二维缺陷 (4) 体缺陷，三维缺陷 (5) 电子缺陷
材料化学第四章溶液与固溶体
第二节 理想液体混合物和稀溶液
一、理想液体混合物
1.定义：由两种或多种挥发性液体组成的液体混合物，如果它的一切组 分在全部浓度范围内遵守拉乌尔定律，则该液体混合物称为理想液体 混合物。或：服从拉乌尔定律而不受浓度和组分限制的液体混合物， 称为理想液体混合物。
pB
p
* B
xB
xB 0 1
2.在理想液体混合物中，拉乌尔定律等价于亨利定律即
代入上式，得
Tf
R
T
* f
2 nB
fus H m A nA
——稀溶液的凝固点下降公式
设溶剂A、溶质B的质量和摩尔质量分别为mA、mB MA、MB ，则
Tf
R
T
* f
2MA
fus H m ( A)
mB / M B mA
K f bB
bB
nB mA
其中
Kf
R(T
* f
)2
M
A
fus Hm ( A)
kx
p
* B
从分子层次上讲：理想液体混合物同种物质粒子间的作用力与不同物 质粒子间作用力相同。 接近于理想液体混合物：同分异构体的混合物、液态同位素化合物的 混合物、液态的紧邻同系物的混合物。如苯~甲苯混合物、正己烷~正 庚烷混合物。
3.双组分理想液体混合物
pA
p*AxA p*A (1 pB pB* xB
pB p
uBL uBg uB* (T , p) RT ln xB
当 xB 1 时（即纯B时），
u
L B
u
* B
(T
,
p)
∴
u
* B
(T
,
p)
是纯B液体在温度T，总压为p时的化学势。
材料化学教材
材料化学教材材料化学是一门研究材料结构、性能和制备方法的学科，它涉及到多种材料的研究和应用，包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料等。
在现代科技发展的背景下，材料化学的研究和应用变得越来越重要。
本教材旨在系统地介绍材料化学的基本理论和实践应用，帮助学生全面了解材料化学的基本知识和最新研究进展。
第一章，材料的基本结构和性能。
材料的基本结构决定了其性能特点，本章将介绍材料的晶体结构、非晶结构以及晶体缺陷等内容。
通过对材料结构的深入了解，可以帮助学生理解材料的性能表现，并为后续的材料制备和改性提供基础知识。
第二章，材料的制备方法。
本章将介绍材料的制备方法，包括传统的冶金方法、陶瓷材料的制备工艺、高分子材料的合成方法等。
同时，还将介绍一些现代材料制备的新技术和新方法，如纳米材料的制备技术、材料表面处理技术等。
第三章，材料的性能测试与表征。
材料的性能测试与表征是材料化学研究的重要环节，本章将介绍常见的材料性能测试方法，如力学性能测试、热学性能测试、电学性能测试等。
同时，还将介绍材料表征技术，如X射线衍射、扫描电子显微镜等先进表征手段。
第四章，材料的应用与发展。
本章将介绍材料在各个领域的应用与发展，如材料在能源领域的应用、材料在环境保护中的应用、材料在生物医学领域的应用等。
同时，还将介绍一些材料化学领域的最新研究成果和发展趋势，帮助学生了解材料化学领域的前沿知识。
结语。
材料化学作为一门综合性学科，涉及面广泛，应用领域广泛。
本教材力求系统地介绍材料化学的基本理论和实践应用，帮助学生全面了解材料化学的基本知识和最新研究进展。
希望本教材能够成为材料化学领域的入门教材，为学生的学习和研究提供帮助。