材料化学 化工大学课后习题答案

第一章

1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？

答：（1）晶体的一般特点是：

a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体

b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质

c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸多面体外形

d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点

e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性

（2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系：

点阵结构＝点阵＋结构基元

点阵＝点阵结构－结构基元

2、什么是同质多晶？什么是类质同晶？

一些组成固定的化合物，由于其内部微粒可以以不同的方式堆积，因而产生不同种类的晶体，我们把这种同一化合组成存在两种或两种以上晶体结构形式的现象为同质多晶现象。

在两个或多个化合物中，如果化学式相似，晶体结构形式相同，并能互相置换的现象，我们称之为类质同晶现象。

3、产生晶体缺陷的原因是什么？晶体缺陷对晶体的物理化学性质的影响如何？

答：晶体产生缺陷的原因主要有：（1）实际晶体中的微粒总是有限的；（2）存在着表面效应；（3）存在着表面效应；（4）粒子热运动；（5）存在着杂质。

在实际晶体中缺陷和畸变的存在使正常的点阵结构受到了一定程度的破坏或扰乱，对晶体的生长，晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等到都有很大的影响，在生产和科研中非常重要，是固体物理、固体化学和材料科学等领域的重要内容。

第二章

１、晶体的结构特性是什么？这些特性是什么原因引起的？

（1）晶体的均匀性：晶体的均匀性是焓因素决定的；非晶体的均匀性是由熵因素引起的。（2）晶体的各向异性：由于晶体在各个方向上的点阵向量不同，导致了晶体在不同方向上具有不同的物理性质

（3）晶体的自范性：在适宜的外界条件下，晶体能自发生长出晶面，晶棱等几何元素所转成的凸多面体，晶体的这一性质即为晶体的自范性。

（4）晶体的熔点：晶体在受到热作用时，温度升高，组成晶体的点阵上的原子或原子团而因振动加剧，当此振动的能量（平动和转动）达到晶格能（晶格对原子的束缚）时，晶体的结构被破坏，晶体开始熔化。因晶体中各原子所处的环境相同，所以熔化的温度也相同。所以晶体有一定的熔点。

（5）晶体的对称性：晶体的点阵结构决定了晶体的内部结构和理想外形都具有对称性。理

想外形的对称性属于宏观对称性；内部结构的对称性属于微观对称性。

２、简述产生非整比化合物的原因，当二元化合物AB中某原子被氧化，则此原子的组成系数将向什么方向变化？

当晶体中出现空位或填隙原子,从而使化合物的成份偏离整数比。

1、某种原子过多或短缺。

2、层间嵌入某些离子、原子或分子。

3、晶体吸收某些小原子。

元化合物AB中某原子被氧化，某一原子被氧化造成另一原子短缺，则组成系数向短缺原子偏移。

３、按光的透射原理，试分析在一定条件下，胆甾相液晶是否能透光？

当各层分子长轴的去向不相互垂直时可以透过光。

４、试说明玻璃与陶瓷的异同

玻璃是高温下熔融，熔融体在冷却过程中黏度逐渐增大、不析晶、室温下保持熔体结构的非晶固体。

陶瓷是指通过烧结包含有玻璃相和结晶相的特征的无机材料。

５、某种非氧化硅系列的玻璃质材料，在经过较长时间的存放后，透明性降低的原因是什么？

玻璃的透明性的主要原因是结构中最高占有轨道和最低空轨道的能级差别大，不能发生对可见光的吸收而产生电子跃迁的现象。经过较长时间的存放后最高占有轨道和最低空轨道的能级差减小，其次表面被氧化，表面不光滑会反射光。

６、当原子的配位数达到最大值12时，这12个配位原子所构成的凸多面体的面数为14，则它有多少个棱？

F+V=E+2 14+12=E+2 E=24

7、某大晶体在110晶面的衍射峰半高宽为0.45º，衍射角为8.7º。今制备的该晶体粉未的110晶面的半高宽为0.92º，试求110晶面的厚度。（X射线的波长为154pm）。

D＝Kλ/（B－B0）cosθ=0.9*154/(0.92-0.45/360 *2π) cos8.7=1.709*10^3

第三章

1、指出A1型和A3型密堆积结构的点阵形式与晶胞中球的数目。

A1型立方面心最密堆积晶胞中球的数目4

A3型六方最密堆积晶胞中球的数目2

2、计算A2、A3型密堆积结构中圆球的空间占有率。

A2堆积的空间利用率的计算:

A2堆积用圆球半径r表示的晶胞体积为:

A3堆积用圆球半径r 表示的晶胞体积为:

3、用固体能带理论说明什么是导体、半导体、绝缘体。

金属：晶体的能带中存在不满带，表现出导电性。有两种情况（如同）：一是没有足够的电子填充价带能级，形成不满带；另一种是价带与空带重叠，电子在没有排满价带之前，一部分电子就开始填充空带部分，而形成不满带。

半导体：在波矢K 落在布里渊区边缘时，会发生能级分裂，出现禁带，但是半导体材料的禁带宽度很小，一般小于2eV ，在热激发下部分低能级电子可以跃迁到高能级上，从而表现出导电性。

绝缘体：同样也出现禁带，只是他的禁带宽度相对大一些，一般的温度下，热激发不能提供足够的能量使低能级上的电子跃迁到高能级上，因此不能表现出导电性。

金属镁如果仅仅从核外电子排布情况来看，1S 、2S 、2P 、3S 能级都被电子%.r r V V A r V r )r (V 026883336434223

42

23

3643433333=π=π⋅

=π⋅===晶胞圆球

圆球晶胞堆积的空间利用率为：

个圆球的体积为：每个晶胞中%.r r V V A r V r r )r (r V 0574231283423342

228232383333=π=π⋅

=π⋅==⨯⨯⋅=晶胞圆球

圆球晶胞堆积的空间利用率为：个圆球的体积为：每个晶胞中

r

.a . a r r, c a 266363313

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