无机材料科学基础题库--简答题

简答题

1/粘度及其影响因素（以硅酸盐熔体为例）

粘度：使相距一定距离的两个平行平面以一定速度相对移动所需的力

硅酸盐熔体粘度与组成的关系-粘度的大小由熔体中硅氧四面体网络连接程度决定

碱金属、碱土金属：熔体分化，网络断裂程度增加，粘度降低

碱金属的硅酸盐熔体中加入Al2O3：当Al2O3/Na2O<1时：Al2O3代替SiO2起“补网”作用，提高粘度

当Al2O3/Na2O>1时，Al进入[AlO6]位置中，粘度降低

碱金属的硅酸盐熔体中加入B2O3：最初加入的B2O3，处于[BO4]中®结构聚集紧密，粘度升高；随着硼含量增加，硼处于三角体中®网络结构疏松，粘度下降

R+对粘度的影响：浓度:O/Si低时，Si-O键决定粘度®随R+半径减小，熔体粘度减小

O/Si高时，[SiO4]靠键力R-O相连®随R+半径减小，熔体粘度增大

碱土金属离子：R2+浓度的影响：O/Si比

离子极化对粘度的影响：离子变形，共价键成分增加®减弱了Si-O键力，粘度降低

Pb2+>Ba2+>Cd2+>Zn2+>Ca2+>Mg2+

2.表面能及其影响因素（以硅酸盐熔体为例）

表面能：将表面增大一个单位面积所需要作的功

组成对硅酸盐熔体表面张力的影响: Al2O3、CaO、MgO、SiO2增大表面张力；K2O、PbO、B2O3、Sb2O3、Cr2O3降低表面张力

化学键型对熔体表面张力的影响: 具有金属键的熔体表面张力>共价键>离子键>分子键

温度的影响：大多数硅酸盐熔体的表面张力随着温度的升高而降低®温度升高100℃，表面张力降低~1% 3.玻璃结构的晶子假说

学说要点：硅酸盐玻璃由无数“晶子”组成。“晶子”不同于一般微晶，是带有晶格变形的有序区域，分散于无定形介质中，“晶子”到无定形介质的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界线。（3分）

意义及评价：揭示了玻璃的结构特征：微不均匀性、近程有序性。

不足之处：晶子含量、化学组成未能合理确定。（2分）

4.玻璃结构的无规则网络假说

学说要点：玻璃态物质也是由一个三度空间网络所构成。

网络由离子多面体构筑而成，排列没有规律性。

网络形成离子位于多面体的中心，网络变性离子均匀、无序地分布在空隙中。

氧化物形成玻璃的规则:每个氧离子最多与两个网络形成离子相连。

多面体中阳离子的配位数£4。

氧多面体相互共角而不共棱或共面。

每个多面体至少有3个角与相邻多面体共用。

两种假说各有优缺点，两种观点正在逐步靠近。两种观点比较一致的看法-玻璃是近程有序、远程无序的无定形物质。

晶子假说：着重于玻璃结构的微不均匀性、有序性。

无规则网络假说：着重于玻璃结构的均匀性、连续性、无序性、统计性。

两种假说各自能解释玻璃的一些性质和变化规律。

5.润湿及其分类P115

润湿：固体与液体接触后，体系的吉布斯自由能降低的现象。（2分）

分类：附着润湿、铺展润湿、浸渍润湿（3分）

6.固相反应与烧结

固相反应的定义及特点

广义：固相参与的化学反应狭义：固体与固体发生化学反应生成新的固体

固相反应的特点：固相反应是非均相反应，反应速度较慢

固相反应需要高温，固相反应开始的温度远低于反应物的熔点或系统低共熔温度：泰曼温度

固相反应包括相界面的化学反应、固相内的物质迁移两个过程

当反应物之一存在多晶转变时，转变温度通常也是反应开始明显进行的温度-海德华定律

论述题：

1.毛细管现象、玻璃板间的防潮、烧结推动力

影响润湿的因素

表面张力

gsv和gsl相差越大、glv越小，润湿越好

粗糙度

实际表面具有一定的粗糙度®真正表面积比表观面积大

真实接触角q<90°时，粗糙度越大，表观接触角越小，越容易湿润；q>90°时，粗糙度越大，愈不利于润湿

吸附膜

吸附降低表面能g®sv，不利于润湿

粘土荷电的主要原因：

粘土晶格内离子的同晶置换（主要产生负电荷）

粘土表面的腐殖质离解（羧基、酚羧基）

活性边表面上的破键（高岭石®两性电荷）

粘土的阳离子交换性

粘土颗粒带负电®吸附介质中的阳离子®被吸附的阳离子能被溶液中其它浓度大、价数高的阳离子交换

粘土的离子交换反应的特点

同号离子相互交换

等当量交换

交换和吸附可逆

离子交换不影响粘土本身结构

粘土的阳离子交换容量（cation exchange capacity，简称c.e.c）

100g干粘土吸附的离子的毫克当量数

影响阳离子交换容量的因素

粘土矿物的组成和结构（同晶置换、晶格层间结合）

粘土的细度

含腐殖质数量

溶液的pH值

离子浓度

鉴定矿物组成

阳离子交换能力的影响因素

阳离子的电荷数

粘土对阳离子的吸附能力次序：M3+>M2+>M+

H+：容积小、电荷密度高，粘土对它吸力最强

离子水化膜的厚度

同价离子，半径愈小，水化膜愈厚：Li+>Na+>K+

不同价离子：高价离子与粘土颗粒表面的静电引力的影响超过水化膜厚度的影响

粘土的阳离子交换序：离子价效应、离子水化半径

H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+

影响粘土结合水量的因素：

粘土的矿物组成

粘土的分散度

高岭石的结合水量随粒度减小而增高，蒙脱石的结合水量与颗粒度无关

粘土吸附阳离子的种类

粘土的结合水量一般与粘土阳离子交换量成正比

含同一种交换性阳离子的粘土，蒙脱石的结合水量比高岭石的大

含不同价阳离子的粘土的结合水量：粘土与一价阳离子结合水量>与二价阳离子结合的水量>与三价阳离子结合的水量

泥浆的触变性

触变状态：泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动性。

触变是凝胶体与溶胶体之间的可逆转化过程。

泥浆具有触变性的原因

触变状态是介于分散和凝聚之间的中间状态

不完全胶溶的粘土颗粒的边面上残留少量正电荷或边面负电荷不足以排斥板面负电荷®形成局部边-面或边-边结合®三维网状架构，大量自由水被包裹在网状空隙中

空间架构疏松、很不稳定®稍加剪切力就能破坏结构，释放“自由水”，泥浆恢复流动性。一旦静止三维网状架构又重新建立

影响泥浆触变性的因素

粘土泥浆含水量

泥浆稀®边-面静电引力小，胶粒定向性弱®不易形成触变结构

粘土矿物组成

水化膨胀方式：溶剂分子渗入颗粒间、溶剂分子渗入单位晶格内

粘土胶粒大小、形状

颗粒细，平板状、条状颗粒易形成触变结构

电解质种类与数量

粘土吸附阳离子价数小、半径小®触变效应小

温度