第五章表面结构与性质
固体的表面及其结构
常见情况是介于二者之间，即在吸附剂和吸附物之间
形成共有电子，且常为不对称 对于离子晶体，表面主要取决于晶格能和极化作用。
第五章 固体表面与界面 —— 5.1 固体的表面及其结构
资源加工与生物工程学院
（2）分子引力，也称范德华（van der Walls）力 是固体表面产生物理吸附和气体凝聚的主要原因， 主要来源于三种效应： （1）定向作用：主要发生在极性分子（离子）之间， 也称葛生力（Keesen force）； （2）诱导作用：主要发生在极性分子与非极性分子之 间，也称德拜力（Debye force）； （3）分（色）散作用：主要发生在非极性分子之间， 也称伦敦力（London force）。
第五章 固体表面与界面 —— 5.1 固体的表面及其结构
资源加工与生物工程学院
2. 粉体表面结构
粉体制备过程中由于反复破碎，不断形成新表面，表面
层离子极化变形和重排使表面晶格畸变，有序性降低；
随粒子微细化、比表面增大，表面结构有序程度受到愈
来愈强烈的扰乱并不断向颗粒深部扩展，最后使粉体表
面结构趋于无定形化。 两种不同的模型： 无定形结构； 粒度极小的微晶结构
1. 晶体表面结构
2. 粉体表面结构 3. 玻璃表面结构 4. 固体表面的几何结构
第五章 固体表面与界面 —— 5.1 固体的表面及其结构
资源加工与生物工程学院
1. 晶体表面结构
（1）真空状态下晶体表面结构特点 a. 真空状态下，无杂质、气体等吸附作用，是纯粹
质点表面力场作用；
b. 固体质点只能通过表面层质点极化、变形、位移、 重排来降低一部分表面能；
况。
第五章 固体表面与界面 —— 5.1 固体的表面及其结构
武汉理工大学考研材料科学基础重点 第5章-表面结构与性质
第四章固体的表面与界面固体的接触界面可一般可分为表面、界面和相界面：1）表面:表面是指固体与真空的界面。
2）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。
3）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。
有三类: S／S；S／V； S／L。
产生表面现象的根本原因在于材料表面质点排列不同于材料内部，材料表面处于高能量状态⏹ 4.1 固体的表面及其结构♦ 4.1.1固体的表面1.理想表面2.清洁表面（1）台阶表面（2）弛豫表面（3）重构表面3.吸附表面4. 固体的表面自由能和表面张力5. 表面偏析6. 表面力场固体表面的结构和性质在很多方面都与体内完全不同。
所以，一般将固体表面称为晶体三维周期结构和真空之间的过渡区域。
这种表面实际上是理想表面，此外还有清洁表面、吸附表面等。
1、理想表面没有杂质的单晶，作为零级近似可将清洁表面理想为一个理想表面。
这是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。
它忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响，忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等，忽略了外界对表面的物理化学作用等。
这种理想表面作为半无限的晶体，体内的原子的位置及其结构的周期性，与原来无限的晶体完全一样。
2、清洁表面清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。
这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。
根据表面原子的排列，清洁表面又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表面等。
（1）台阶表面台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不规则的台阶的表面所组成（2）弛豫表面 –在垂直于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面由于固体体相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子的配位情况发生变化，相应地表面原子附近的电荷分布将有所改变，表面原子所处的力场与体相内原子也不相同。
为使体系能量尽可能降低，表面上的原子常常会产生相对于正常位置的上、下位移，结果表面相中原子层的间距偏离体相内原子层的间距，产生压缩或膨胀。
第五章表面粗糙度
5.2 表面结构的评定标准
1.取样长度( lr ) 取样长度是在X轴方向判别被评定轮廓的不规则特征的X轴方向上的长度。（如图5-3 ）国家
标准规定的取样长度lr见表5-1。
2、评定长度（ln） 用于判别被评定轮廓的X轴方向上的长度。它可以包括一个或几个取样长度（如图5-3）
5.2 表面粗糙度的评定 在测量和评定表面粗糙度时，首先要确定评定对象：实际轮廓 实际轮廓是指平面与实际表面相交得的轮廓线，分为横向与纵向实际轮廓。
1）轮廓微观不平度的平均间距(Sm) 在取样长度内，轮廓微观不平度的间距Smi的平均值。如图
5.2.2 评定参数与数值规定
2)轮廓单峰平均间距S 在取样长度内，轮廓的单峰间距Si的平均值，如图
5.2 表面粗糙度的评定 形状特性参数 3）轮廓支撑长度率tp 一条平行于中线与轮廓相截所得到的各段截线长bi之和与取样长度的比值，称之为轮廓支撑长度tp 用公式表示为
磨、镀等加工方法； （4）位置d标注表面纹理方向，如 “=”、“X”、“M”，见表5-6； （5）位置e标注加工余量，标注时，
以“mm”为单位给出数值。
图5-13～图5-16为表面结构完整图形符号的标注示例。
5.
3.
2
表
面
粗
糙
度
的
标
注
图5-13 加工工艺和表面结构要求的标注
图5-15垂直于视图所在投影 面的表面纹理方向的注法
若需标注 加工余量 ，可在规 定之处加 注余量值。
2.表面粗糙度代号及其标注
当需要表示的加工表面对表面特征的其他规定有要求时，应在表面粗糙度符号的相应位置，注上若干必要项目 的表面特征。
3.表面粗糙度在图样上的标注 5.3.2 表面粗糙度的标注
武汉理工大学考研材料科学基础重点 第5章-表面结构与性质
第四章固体的表面与界面固体的接触界面可一般可分为表面、界面和相界面：1）表面:表面是指固体与真空的界面。
2）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。
3）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。
有三类: S／S；S／V； S／L。
产生表面现象的根本原因在于材料表面质点排列不同于材料内部，材料表面处于高能量状态⏹ 4.1 固体的表面及其结构♦ 4.1.1固体的表面1.理想表面2.清洁表面（1）台阶表面（2）弛豫表面（3）重构表面3.吸附表面4. 固体的表面自由能和表面张力5. 表面偏析6. 表面力场固体表面的结构和性质在很多方面都与体内完全不同。
所以，一般将固体表面称为晶体三维周期结构和真空之间的过渡区域。
这种表面实际上是理想表面，此外还有清洁表面、吸附表面等。
1、理想表面没有杂质的单晶，作为零级近似可将清洁表面理想为一个理想表面。
这是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。
它忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响，忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等，忽略了外界对表面的物理化学作用等。
这种理想表面作为半无限的晶体，体内的原子的位置及其结构的周期性，与原来无限的晶体完全一样。
2、清洁表面清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。
这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。
根据表面原子的排列，清洁表面又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表面等。
（1）台阶表面台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不规则的台阶的表面所组成（2）弛豫表面 –在垂直于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面由于固体体相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子的配位情况发生变化，相应地表面原子附近的电荷分布将有所改变，表面原子所处的力场与体相内原子也不相同。
为使体系能量尽可能降低，表面上的原子常常会产生相对于正常位置的上、下位移，结果表面相中原子层的间距偏离体相内原子层的间距，产生压缩或膨胀。
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三 在图样和其他技术产品文件中的注法
按照国家标准的规定，表面结构的注写和读取方向与尺 寸的注写和读取方向一致，可以标注在轮廓线上，其符号 应从材料外指向并接触表面。必要时，表面粗糙度符号也 可以用带箭头或黑点的指引线因出标注，如教材图5－17、 5－18所示。
在不致引起误解时，表面结构要求可以标注在给定 的尺寸线上，见图5－19；也可以标注在形位公差框格 的上方，见图5－20。
0.020
0.20
2.0
0.002
0.025
0.25
2.5
0.003
0.032
0.32
3.2
0.004
0.040
0.40
4.0
0.005
0.050
0.50
5.0
0.006
0.063
0.63
6.3
0.008
0.080
0.80
8.0
0.010
0.100
1.00
10.0
注：与表5-1注相同。
第三节 表面粗糙度标注
均偏差Ra]
(2) 在取样长度内，轮廓的纵坐标值y（x）绝对值
的
(3) 算术R平a 均1l 值0l y。(x)dx
Ra
1 n
n i1
yi
（2）微观不平度十点高度Rz[新国标：无]
在取样长度内五个最大的轮廓峰高的平均值与五
个最大轮廓谷深的平均值之和 。
式中
Rz 15(i51ypii51yvi)
800
0.100
1.00
10.0
100
1000
注：与表5-1注相同
表5－3 轮廓微观不平度的平均间距Sm和轮廓的单峰平均间距S的数值 mm
第5章胶体溶液和表面现象
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22
二 高分子化合物溶液的特点
• 1、稳定性大
– 稳定的主要因素是在溶液中水化能力很强，高 分子化合物能通过氢键与水形成一层很厚的水 化膜。
• 2、粘度大 • 3、溶解的可逆性
– 高分子化合物从溶剂中分离出来以后，再加入 原来的溶剂，又能得到原来状态的真溶液。胶 体溶液一旦聚沉以后，再加入原来的分散剂不 能再形成胶体溶液。
乳化剂：能增加乳浊液稳定性的物质。 乳化作用：乳化剂使乳浊液稳定的作用。
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乳浊液
类型:水包油（O/W）：水是分散剂，油 是分散质。如：牛奶 油包水（W/O）：油是分散剂，水是分散质。 如：原油 乳化剂决定乳浊液的类型。
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39
亲水乳化剂有钾肥皂、钠肥皂、十二烷基磺酸 钠、蛋白质、动物胶等； 亲油乳化剂有钙、镁、锌二价金属肥皂，高级 醇类、石墨、碳黑等。
第五章 胶体溶液和表面现象
第一节 胶体溶液
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1
分散系的分类
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液。
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2
一、胶体溶液的性质
• （一）溶剂的光学性质——丁铎尔(Tyndall)效应
– 如果将一束强光射入胶体溶液，在光束的垂直方向 上可以看到一条发亮的光柱，这种现象称为丁达尔 效应，又称乳光效应。
• 一高分子化合物的概念
• （一）定义：高分子化合物（又称大分子 化合物）是指相对分子质量在一万以上， 甚至高达几百万的物质。
•
（二）分类：天然高分子化合物和合成高 分子化合物。
• （三）特点
第五章 表面活性物质
5.4 表面活性剂的胶束作用
5.4.4 胶束形成热力学
胶束形成过程是自发过程，胶束体系是热力学稳定性体系。
(1) 相分离模型
胶束的形成 ① 非离子型
新相的形成
动态平衡
aN
am
Kp
=
am aNj
VG0 -RT ln KP
=
-RT
ln
am aNj
17
5.4.4 胶束形成热力学
每摩尔表面活性剂形成胶束时的自由能变化
种类 A B C
HLB a b c
质量 x y z
5.6.3 HLB值的应用
增溶作用 HLB = 15～18 消泡作用 HLB = 1～3 根据HLB值可推测表活剂的可能用途 可根据HLB值选择合适的表面活性剂
27
第五章 表面活性物质
5.7 不溶物的表面膜
- 不溶性物质 (表活剂如R-COOH) 在水表面形成的单分子膜
n = nα+ nβ 但 nα ≠ cα·Vα，浓度不均匀。
7
5.3.1 表面过剩-吸附
α 相溶质的摩尔数 nα β 相溶质的摩尔数 nβ
界面相中溶质过剩量 ns = n-(nα + nβ)
单位面积的表面上过剩 (吸附量):
= ns
A
A -界面相的截面积
一般气相浓度＜＜液相浓度
nα + nβ ≈ nα
5.3.3 Gibbs吸附公式的应用
考察表面活性剂在界面相中的状态 ♦ 测定表活剂分子在界面上占据的面积
由σ ~ c 曲线 → Г ~ c 曲线
Гm
Гm单分子层饱和吸附量
cc 1
m Km
表面活性剂， Гm 近似看作表面浓度:
第五章催化剂研究方法
第五章催化剂研究方法催化剂研究方法是在催化剂领域中，用于研究催化剂活性、选择性、稳定性等性质和机理的一系列实验方法的总称。
催化剂研究方法是催化化学研究的基础和前提，也是提高催化剂性能和开发新型催化剂的重要手段。
本章主要介绍几种常见的催化剂研究方法。
一、催化剂表征方法催化剂表征方法主要是通过对催化剂表面结构、组成和性质的表征，来了解催化剂的形貌、结构和活性中心等信息。
常见的催化剂表征方法包括：X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等。
这些方法可以提供催化剂的晶体结构、形貌和表面化学环境等信息，为催化剂的性能和活性中心的研究提供了重要的依据。
二、催化剂活性测试方法催化剂活性测试是研究催化剂催化活性的重要方法，常用的催化剂活性测试方法包括：化学反应测试、光谱测试和电化学测试等。
化学反应测试是通过对催化剂在特定反应条件下的催化性能进行测试，如催化剂的转化率、选择性和反应速率等。
光谱测试是通过测量反应过程中产物的吸收或发射光谱，来确定催化剂的活性和反应机理。
电化学测试是通过在电化学电池中评价催化剂的性能，如氧化还原催化剂的电极反应活性和电催化性能等。
三、催化剂动力学研究方法催化剂动力学研究是研究催化剂表面反应动力学行为的一种方法，主要包括稳态动力学研究和瞬态反应动力学研究两种。
稳态动力学研究是通过对催化剂反应速率的测量，来确定催化剂反应动力学参数，如反应速率常数、活性中心浓度等。
瞬态反应动力学研究是通过对催化剂在瞬态反应条件下的反应动力学行为的研究，来揭示反应机理和活性中心的存在与反应路径。
四、催化剂失活机理研究方法催化剂失活机理研究是研究催化剂失活原因和机理的一种方法，常用的催化剂失活机理研究方法有：催化剂失活速率测定法、催化剂退化和再生实验、催化剂表面性质和结构分析等。
催化剂失活机理研究可以为催化剂的稳定性和寿命问题提供研究依据，为催化剂的设计和优化提供指导。
第五章 表面与界面
堆垛层错常见于紧密堆积结构和层状结构的
晶体中，是晶体的密排面按正常顺序堆垛时引入
反常顺序堆垛所形成的一种面缺陷。
如面心立方结构和六方结构式最简单的密堆
结构。
面心立方的密排面 （111）
正常的密排堆积方式：ABCABC……
六方密堆的密排面：（0001）
正常的密排堆积方式：ABAB……
在正常的堆垛顺序中引入了不正常顺序堆垛 的原子面而产生的面缺陷，称为堆垛层错层错）。 例如：面心立方晶体中以…ABCABABC…或 以…ABCBABC…，前者称为抽出型层错，后者称 为插入型层错。 层错可以通过多种物理过程形成：晶体生长 过程、点缺陷的聚集等。
”的平坦的表面而言。
5.1.3
晶体表面的缺陷
晶体表面从微观上看是不平整的，表面除出 现明显的起伏，还可能伴有吸附原子、裂纹和空 洞。单晶表面可能存在的各种缺陷类型可以用 TLK模型概括，图5.8所示。 表面原子具有剩余力场，表面原子的活动能 力较体内大，形成点缺陷的能量小，因而表面上 的热平衡点缺陷浓度远大于体内。
5.3.1 晶界结构与分类 1、定义：凡结构相同而取向不同的晶体相互接触， 其接触面称为晶界。
1、晶界的结构
2、晶界的分类 (1) 按两个晶粒之间夹角的大小来分： 小角度晶界 大角度晶界
0 0 当 （ 10 15 ） 0 0
为小角度晶界
3、 晶界的特点
晶界具有一些不同于晶粒的特性。 （1）晶界上原子排列疏松，晶界易受腐蚀后很易显露 出来； （2）由于晶界上结构结构疏松，存在空位、位错等缺 陷，故晶界是原子（或离子）快速扩散的通道，并易引起 杂质原子（离子）偏聚，同时也使晶界处熔点低于晶粒； （3）晶界上原子排列混乱，使之处于应力畸变状态， 能阶较高，使得晶界成为固态相变时优先成核的区域。
2025版高考化学一轮复习课件 第五章 物质结构与性质 06-热点题型探究6 晶胞参数、晶胞投影图与
[解析] 由题图1可知，晶胞内处于体心和棱心， 原子一共有个，结合题图2得知，原子和 原子位于晶胞的面上，原子一共有个，原子一共有个，和 位于上下底面，则和共有个，即含个 和个，该化合物的化学式为 ；每个晶胞中有“两个分子”，每个晶胞质量为 ，该晶胞为长方体，其体积为，则 。
（2） 以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的坐标为，， ，则原子2和3的坐标分别为__________、________。
[解析] 空穴可得电子，因此可视为氧化剂；A物质得电子生成B物质，发生还原反应。
（2） 氧化铈的晶体结构如图所示，其中铈原子和氧原子的数量之比为_____，若晶体密度为 ，设为阿伏加德罗常数的值，晶胞参数_ _____ （写出表达式）。
[解析] 题给晶胞中，铈原子的个数为 ，氧原子在晶胞内部，共8个，因此铈原子和氧原子的数量之比为 ；题给晶胞中含有4个铈原子和8个氧原子，因此 ，解得 。
2. （2023·湖南长沙期末）二氧化硅是科学研究的重要材料。如图为晶胞中原子沿轴方向在 平面的投影图（俯视图），其中晶胞边长为，原子略去，原子旁标注的数字表示每个原子位于 轴的高度。下列有关说法错误的是( )
A. 若的键能为，则使 全部变成、原子至少需要提供的能量是 B. 二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应C. A与效提高通信效率
0.81
0.5
[解析] 内部3个原子投影为 ，3个原子形成的线平行底面且到上、下底面的距离相等，可得D的坐标参数 ，题图中所示长度为D的坐标参数，D坐标参数，则 ，D的坐标参数为；根据以上分析可知 的密度为 。
4. 铈 属于镧系元素，氧化铈是一种重要的光催化材料。
结构面的变形与强度性质.
• 一、平直无充填的结构面 • 平直无充填的结构面包括剪应力作用下形 成的剪性破裂面，如剪节理、剪裂隙等， 发育较好的层理面与片理面。其特点是面 平直、光滑，只具微弱的风化蚀变。坚硬 岩体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及 应力矿物薄膜等。这类结构面的抗剪强度 大致与人工磨制面的摩擦强度接近，即： •
• (1) 开始时随着法向应力增加，结构面闭合变形迅速增长， σn-ΔV 及 σn-ΔVj 曲线均呈上凹型。当 σn 增到一定值时， σnΔVt曲线变陡，并与σn-ΔVr曲线大致平行。说明结构面已基 本上完全闭合，其变形主要是岩块变形贡献的。这时ΔVj 则 趋于结构面最大闭合量Vm。 • (2)初始压缩阶段，含结构面的岩块变形 ΔVt主要是由结构面 的闭合造成的。试验表明，当σn＝1MPa时， ΔVt/ΔVr可达 5～30，说明ΔVt占了很大一部分。 • (3) 法向应力 σn 大约从 σc/3 处开始，含结构面的岩块变形由 以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。 • 结构面加载、卸载的应力-变形关系曲线如下图。
第一节 概述
• 在工程荷载范围内(一般小于10MPa)，工程 岩体常常是沿软弱结构面失稳破坏。这方面 的工程实例很多。
• 在工程荷载作用下，结构面及其充填物的变形是岩 体变形的主要组分，控制着工程岩体的变形特性。 • 结构面是岩体渗透水流的主要通道。在、 应力分布及其强度。因此，预测工程荷载作用下岩 体渗透性的变化，必须研究结构面的变形性质及其 本构关系。 • 工程荷载作用下，岩体中应力分布受结构面及其力 学性质的影响。
• 巴顿（Barton）对8种不同粗糙起伏的结构面 进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用 以代替起伏角，剪胀角 αd 的定义为剪切时剪 切位移的轨迹线与水平线的夹角，即：
材料表面与界面 第五章 表界面热力学与动力学
Wc＝2γa 或 Wc＝2γb
3 ( a b ) 4
1 Wab ( a b ) 2
由上式可以看出，Wc＞Wab，即相同物质间的摩擦要大于 不同物质间的摩擦。
固体的表面自由能和表面张力 与液体相比： (1) 固体的表面自由能中包含了弹性能。表面张力在数值上不 等于表面自由能； (2) 固体的表面张力是各向异性的。 (3) 实际固体的表面绝大多数处于非平衡状态，决定固体表面 形态的主要是形成固体表面时的条件以及它所经历的历史。 (4) 固体的表面自由能和表面张力的测定非常困难。
如果在活动边框上挂一重物，使 重物质量W2与边框质量W1所产 生的重力F与总的表面张力大小 相等方向相反，则金属丝不再滑 动。
F 2 l
l 是滑动边的长度，因膜有两个面， 所以边界总长度为2l， 就是作用 于单位边界上的表面张力。
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张 力，这种力垂直于表面的边界，指向液体方向并 与表面相切。 把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 或 表示。 表面张力的单位是：
表面自由能定义
G ( )T , P ,nB As
其物理意义是在等温等压以及恒组成条件下,每增加 单位表面时系统吉布斯自由能的增加
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
又可称为表面Gibbs自由能
2
表面自由能的单位： J m
表面张力 （surface tension）
表面自由能 (surface free energy)
界面能
实验证明，界面能 γab约为 1/4～1/2(γa＋γb)。如果a、 b两物质 能相互溶解或能形成金属间化合物，其界面能较小，约为
1 ( a b ) 4
若a、b 两物质不能相互溶解，其界面能较大，约为 a、b为同一物质 a、b相互溶解 a、b不能相互溶解
材料科学基础-名词解释
再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结晶温度。
临界变形量：在给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量（临界变形度）低于此变形度，不发生再结晶。
再结晶织构：通常具有变形织构的金属经再结晶后的新晶粒仍具有择优取向，称为再结晶织构。
位错的滑移：在外加应力作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地作少量的位移的过程。
交滑移：当某一螺型位错在原滑移面上受阻时，从滑移面转移到与之相交的另一滑移面上的过程叫做交滑移。
位错的攀移：刃型位错在垂直于滑移面的方向上运动，把多余半原子面向上或向下运动的过程。
位错的交割：一个位错在某一滑移面上运动时，会与穿过滑移面的其他位错发生相互作用的过程。
29、置换固溶体：当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。
30、间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。
31、有限固溶体：金属元素彼此之间形成有限溶解的称为有限固溶体。
32、无限固溶体：金属元素彼此之间能形成无限溶解的称为无限固溶体。
孪生：孪生是塑性变形的另一种形式，它常作为滑移不易进行时的补充。
孪晶面：发生均匀切变的那组晶面称为孪晶面（即（111面））。
孪生方向：孪生面的移动方向称为孪生方向。
孪晶：变形与未变形两部分晶体合称为孪晶。
扭折：在孪生过程中阻力很大，如果继续增大压力，则为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过某一临界值时晶体将会产生局部弯曲，这种变形方式称为扭折。
35、正常价化合物：在元素周期表中，一些金属与电负性较强的IVA,VA,VIA族的一些元素按照化学上的原子价规律所形成的化合物称为正常价化合物。
第五章 -结构表征
粉末衍射结构分析的科学意义
（1）自然界存在的和人工合成的绝大多数固体 材料是多晶体。
（2）新材料研究中最先得到的大多是多晶。 （3）由于易生成孪晶、包晶、生长条件苛刻等
原因 , 很多材料的单晶生长都不容易甚至不 可能 。 （4）粉末衍射能方便进行高温、低温、强电磁 场、高压下的实验, 研究物质的相变。
Powder X-ray diffraction
Purpose: to identify crystalline phase---Bragg’s law:
n = 2dsin （d为晶面间距，θ为入射角，λ为波长，n为反射级数）
Bragg 对晶体衍射的处理是将晶体点阵看作由相当于半透明的镜面构成 的，一部分射线被反射，其余部分则透过平面，被其它平面相继反射。
XPREP
Direct method or Heavy-atom method
XS
Structure analysis Shelxtl program
Structure refinement
XL
晶体生长 挑选单晶体
安装晶体 预测量 搜集数据 解析结构 图文报告
Approach of the crystal growth
Producing good quality crystals of a suitable size is the first and most important step in determining any crystal structure. Crystallization is the process of arranging atoms or molecules that are in a fluid or solution state into an ordered solid state. This process occurs in two steps--nucleation and growth.
表面物理化学-2015-5 第五章 表面吸附
§ 1 概论（Introduction） § 2 表面结构（Surface structure） § 3 表面热力学简介（Thermodynamics on surface) § 4 表面电子性质（Electrical properties of surface) § 5 表面吸附和反应动态学（Surface adsorption and reaction dynamics） § 6 表面反应动力学（Kinetics of surface process） § 6s 真空技术概论 (Introduction of vacuum technology) § 7 模型表面及复杂催化反应 (Model Surface and 1 complex catalytic reaction)
Adsorption Enthalpy
Wide range (related to the chemical bond strength) -1 - typically 40 - 800 kJ mol
Often dissociative May be irreversible Limited to one monolayer Very variable - often an activated process
弱吸附分子之间的相互作用与衬底表面性质无关
重要应用：比表面的测量, 物理吸附方法 BET
7
T=60-99K, Xe<0.33 ML: commensurate √3x √3R30o
Phase transition
8
Comsa et al. physisorbed rare gas adlayer studied by He scattering
Nature of Adsorption Saturation Uptake Kinetics of Adsorption
八年级科学上册各章知识点
八年级科学上册各章知识点八年级科学上册是初中阶段的重要学科之一，共包含七章。
在学习这七章内容时，需要我们对每一章的知识点进行掌握。
本文将为大家简要介绍八年级科学上册七个章节的主要知识点。
第一章力学基础知识本章是力学基础知识的介绍，主要包括科学与技术、速度、加速度、组成力、合成力、向心力等概念。
另外，还要掌握能量守恒定律、牛顿运动定律等基本规律。
第二章加速度的实质本章内容是关于加速度的实质，其中包括质量与重量比较、力的合成、简单力学现象、传递力等基本知识。
此外，还要了解运动的规律。
第三章颗粒的运动与能量转换本章主要内容是颗粒的运动以及能量转换，其中包括颗粒的振动、碰撞、摩擦力，以及动能、势能、机械能等概念。
另外，还需要掌握能量守恒定律、牛顿运动定律等基本规律。
第四章分子运动与热现象本章主要内容是分子运动与热现象，其中包括固体、液体、气体及其相互转化、热内能、温度、比热等概念。
另外，还需要了解热传递的方式以及热量守恒定律等基本知识。
第五章物质结构与性质本章主要内容是物质结构与性质，其中包括物质常见状态、分子结构与物质性质、元素周期表和化学键的形成等基本概念。
此外，还需要了解酸、碱、盐等常见物质的性质。
第六章化学反应及其反应速率本章主要内容是化学反应及其反应速率，其中包括化学反应的概念、化学方程式的表示、化学反应原理等基本知识。
此外，还需要掌握化学反应速率与温度、浓度、催化剂等因素的关系。
第七章日常生活中的化学本章主要内容是日常生活中的化学，在生活中很重要，其中包括石油的利用、有机物与生活、化学肥料、化学清洁剂等基本概念。
要了解每个物质在我们的日常生活中的应用与危害，加深我们对它们的认识。
总结以上便是八年级科学上册各章主要知识点的简要介绍。
在学习过程中，需要我们将每个知识点掌握清楚，在做各种题目时也需要注意理解题目中要求的知识点，提升自己的科学素养。
周公度第三版结构化学第五章 多原子分子的结构和性质
R/a0
图5.2 碳原子的 sp3 杂化轨道等值线图
•杂化轨道最大值之间的夹角θ
根据杂化轨道的正交、归一条件
★两个等性杂化轨道的最大值之间的夹角θ满足：
cos 3 cos2 1 5 cos3 3 cos 0
例:VP( SO 24)=12 (6+4×0+2)=4
(2) 确定电子对的空间构型：
VP=2 直线形
:A:
:
: :: :
VP=3 VP=4 VP=5 VP=6
平面三:
:A :
:: :A:
::
(3) 确定中心原子的孤电子对数，推断分子的 空间构型：
① LP=0：分子的空间构型=电子对的空间构型
D∞h D3h Td
D4h D3h C4v Oh
CO2 , N3BF3 , SO3
CH4
Ni(CN)42PF5 IF5 SF6
• 杂化轨道满足正交性、归一性
例： i ais bi p
由归一性可得： i * id 1
ai2 bi2 1
由正交性可得： i * jd 0
i j
★根据这一基本性质，考虑杂化轨道的空间分布及 杂化前原子轨道的取向，就能写出杂化轨道中原子轨道的 组合系数。
b 0.55px 0.70py 0.45s
若不需区分 px 和 py ,只需了解杂化轨道中 s成分和 p 成分，
可按
cos 计算夹角。
对于 H2O 中的 O 原子只有 s 轨道和 p 轨道参加杂化。 设 s 成分为 α， p 成分β=1- α
则：
1cos 0
1cos104.5o 0
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有关强度、韧性、导热、导电、 介电、传感、腐蚀、氧化、催 化、能量交换、摩擦磨损、光 的吸收与反射等也都与表面与
界面特性密切相关
第一节 固体表面的基本特征
Basic Characteristics of Solid Surfaces
一、固体表面力场
✓晶体内部质点由于排列的有序性和周期重复性，所以质点 的受力场是有心对称的 ✓固体表面质点排列的周期重复性被破坏从而使表面的力场 对称性被破坏，即存在有指向性的剩余力场，最终使固体表 面表现出对其他物质有吸引作用（如润湿、粘附等），该力 称为固体表面力 ✓不同材料的固体表面力的大小不同， 即使同一材料的固体表面力随表面晶面 的不同也不同
的功，单位J·m-2
• 在液体中，原子和原子团易于移动，拉伸表面时，液 体原子间距离并不改变，附加原子几乎立即迁移到表 面。所以，与最初状态相比，表面结构保持不变。因 此液体的表面张力和表面能在数值上是相等的。只是 同一事物从不同角度提出的物理量。
• 对于固体，引起表面变形过程比原子迁移率快的多， 则表面结构受拉伸或压缩而与正常结构不同，因而， 固体的表面能与表面张力在数值上不相等。
● 表面能与杂质：材料中含有少量能使表面能减小的组分， 则会在表面上富集并显著降低表面能；若含有少量能使表面 能增加的组分，则倾向在体内富集并对表面能影响不大
它是固体表面产生物理吸附和气体凝聚的主要原因，与液体的内压、 表面张力、蒸电力）：发生在极性物质之间，相邻两 个极化的电偶极矩相互作用的力。
B、诱导作用力：发生在极性与非极性物质之间，指在极性 物质作用下，非极性物质被极化诱导出暂态的极化电偶极矩， 随后与极性物质产生定向作用。
✓依性质不同，固体表面力可分为化学力和分子力
（1）化学力：本质是静电力，来自于固体表面的不饱和价键 （可用表面能的数值来估计）
当固体表面质点通过不饱和键与被吸附物间发生“电子转移” 时，产生化学力——形成了表面化合物
（2）范德华力（分子力）：一般指固体表面与被吸附质点 （如气体分子）之间相互作用力，
C、分散作用力（色散力）：发生在非极性物质之间，非极 性物质瞬间电子分布并非严格对称，呈现瞬间的极化电矩， 产生瞬间极化电矩间相互作用。
E0
24
3r 6 kT
2 2
Ei r6
ED
3 2
r6
h
Note：
•对不同物质，上述三种作用并非是均等的； •分子间引力的作用范围极小，一般为0.3 ~ 0.5 nm •范德华力主要表现为引力 •在固体表面上，化学力和范德华力可以同时存在，但两者在 表面力中所占比重，将随具体情况而定
水滴为什么是圆 形而不是方形？
它们为什么可以漂在 水面上
昆虫水黾
ps
水
水在毛细管中为什么会 上升？
表面和界面现象对于材料的制备和使用起到至关重要 的作用，是功能材料研究的前沿领域。近年来，表面 与界面起突出作用的新型材料，如薄膜与多层膜、超 晶格、超细颗粒与纳米材料等的发展正如日中天，既 发现了一系列新的物理现象和效应，又展示了应用上
在研究固体表面时，对于与机械性质有关的场合，应用表面张力 的概念，对于与热力学平衡性质有关的场合应用表面自由能
影响固体表面能的因素：
● 表面能与键性：表面能反映的是质点间的引力作用，因 此具有强键力的金属和无机材料表面能较高
● 表面能与温度：随温度升高表面能一般为减小，因为质点 的热运动削弱了质点间的吸引力
液体表面能和表面张力： 倾向于形成球形表面，降低总表面能 液体表面能和表面张力具有相同的数值和量纲。 液体表面能是可以测定的，常用毛细管法来测定，具体方法
是将一毛细管插入液体中，测定液体在毛细管中上升的高度h，
由下式求出表面张力 ：
grh 2 cos
固体表面张力和表面能的特点： （1）一般情况下，固体的表面张力与固体的表面自由能在数值不 相等（因为固体的表面能包含了弹性能）； （2）固体的表面张力是各向异性的（由于结构的各向异性及表面 不均匀所致）； （3）决定固体表面形态不是表面张力，而是形成固体表面时的条 件和它所经历的历史； （4）固体的表面自由能和表面张力的测定非常困难
的巨大潜力
界面(Interface) ：物质的两相之间密切接触的过渡区 表面(Surface)：在稳定状态下，自然界的物质通常以气、液、 固三相存在。这三者之中，任何两相或两相以上的物质共存 时，会分别形成气-液、气-固、液-液、液-固、固-固乃至气液-固多相界面。通常所讲的固体表面（surface）实际上是 指气-固两相界面，而看到的液体表面则是气-液两相界面
表面和界面
(surface and interface)
1. 气-液界面
2.气-固界面
3.液-液界面
4.液-固界面 5.固-固界面
表面质点所处环境不同于内部质点，存在悬键或受力不均而 处于较高能态（热力学非平衡状态），呈现一系列特殊的性质
表面和界面的存在将引起材 料的熔点、沸点、蒸汽压、 溶解度、吸附、润湿、化学 活性、化学反应等方面的变
第五章 表面结构与性质
第一节 固体表面的基本特征 第二节 固体的表面结构及性质 第三节 固体的界面与结构
概述
➢理想完整晶体在于其结构完全的周期性和对称性 ➢有限大小的晶体，其表面是平移对称性终止处，是一类典 型的面缺陷（由于晶体材料与外界相互作用是通过表面来 实现的，因而表面的结构特征无论从基础理论或技术应用 的角度看，都是至关重要的） ➢另一类面缺陷出现于有限晶体的内部，称作界面（界面的 结构特征对于晶体材料的各种性质可以产生更为广泛和重 要的影响）
二、固体表面能和表面张力
固体的表面自由能是描述和决定固体表面性质的一个重要物理量
表面张力：表面层质点有趋向 于内部并使表面积有尽量收缩 的趋势，结果在表面切线方向 上有一种缩小表面的力作用， 这个力即表面张力 ，其物理意 义：作用于表面单位长度上与
表面相切的力，单位N·m-1
表面能：若要使表面增大， 相当于使更多的质点移到 表面，则必须对系统做功， 在恒温、恒压条件下，增 加一个单位表面积时所做