硅酸盐物理化学第三章非晶态固体
清华大学836普通物理考研参考书目、考研真题、复试分数线
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清华大学836普通物理考研参考书目、考研真题、复试分数线836普通物理课程介绍《普通物理》是为培养大学专科程度小学教师的五年制师范教育物理学课程而编写的教科书,其内容选取和深浅程度充分考虑了专科教学的特点。
在编写过程中,编者充分注意到教学改革对物理教材的要求,以掌握概念、强化应用为教学重点,以必须够用为教学原则。
书中着重经典物理学的讲授,对于近代物理学只作概略介绍;着重物理概念、物理结论以及物理意义的阐述,不求缜密的推导和论证。
《普通物理》注意介绍物理学的思想和方法,在阐述物理学基本内容的同时,适当反映物理学规律的发现和发展过程,以体现理论来自实践、受实践检验的观点;在介绍物理学基本理论时,注意建立正确的物理模型,努力给出明晰的物理图像。
清华大学考研参考书目科目名称参考书出版社作者335风景园林基础《西方现代景观设计的理论与实践》中国建筑工业出版社王向荣《图解人类景观—环境塑造史论》同济大学出版社[英]杰弗瑞·杰里柯//苏珊杰·里柯译者:刘滨谊《中国古典园林史》(第三版)清华大学出版社周维权342建筑学基础《中国城市建设史》中国建筑工业出版社董鉴泓,主编《外国城市建设史》中国建筑工业出版社沈玉麟,编《中国古代建筑史》中国建筑工业出版社刘敦祯《中国建筑史》中国建筑工业出版社潘谷西《外国建筑史》中国建筑工业出版社陈志华《外国近现代建筑史》中国建筑工业出版社罗小未601艺术概论《艺术概论》文化艺术出版社高等艺术院校《艺术概论》出版组《美学概论》人民出版社王朝闻主编602(建筑/城市、景观)历史《中国城市建设史》中国建筑工业出版社董鉴泓,主编《外国城市建设史》中国建筑工业出版社沈玉麟,编《西方现代景观设计的理论与实践》中国建筑工业出版社王向荣《图解人类景观—环境塑造史论》同济大学出版社[英]杰弗瑞·杰里柯//苏珊杰·里柯译者:刘滨谊《中国古典园林史》(第三版)清华大学出版社周维权《中国古代建筑史》中国建筑工业出版社刘敦祯《中国建筑史》中国建筑工业出版社潘谷西《外国建筑史》中国建筑工业出版社陈志华《外国近现代建筑史》中国建筑工业出版社罗小未603数学分析《数学分析新讲》北京大学出版社张筑生《数学分析》上海科学技术出版社周民强,方企勤604普通物理《大学物理》(第二版)第一册至四册清华大学出版社张三慧605综合化学《无机化学》(上下册)高等教育出版社,2004宋天佑,程鹏,王杏乔《基础有机化学》(第三版)(上下册)高等教育出版社,2005邢其毅主编《分析化学》(第二版)清华大学出版社,1994薛华等《仪器分析》(第2版)清华大学出版社,2002刘密新等《高分子化学》(第四版)化工出版社潘祖仁主编《高分子物理》(第三版)复旦大学出版社何曼君等606生物学《基础生命科学》高等教育出版社第二版吴庆余607西方哲学史《西方哲学简史》北京大学出版社2002赵敦华608科学技术概论《科学技术概论》(第二版)高等教育出版社2006胡显章、曾国屏主编;李正风主持修订609政治学概论《政治科学》华夏出版社迈克尔·罗斯金等《比较政治制度》高等教育出版社曹沛霖等《国际关系分析》北京大学出版社阎学通610社会学理论《社会学(第10版)》中国人民大学出版社1999年版波普诺《社会学理论的结构》(上下册)华夏出版社2001年版乔纳森·特纳《清华社会学评论》鹭江出版社中国友谊出版公司社会科学文献出版社清华大学社会学系611马克思主义基本原理《马克思主义基本原理概论》高等教育出版社2007年版本书编写组《马克思主义哲学导论》当代中国出版社2002年版吴倬、邹广文612语言学基础《An Introduction toLinguistics》外语教学与研究出版社(可从FTP://166.111.107.7下载)Stuart C.Poole616艺术美学《现代艺术哲学》四川人民出版社H.G.布洛克《美学与艺术欣赏》高等教育出版社肖鹰618新闻与传播史论《新闻学概论》中国传媒大学出版社,2007刘建明《转型中的新闻学》南方日报出版社,2005李希光《麦奎尔大众传播理论》清华大学出版社,2006麦奎尔《中国新闻传播史》中国人民大学出版社,2005方汉奇《全球新闻传播史》清华大学出版社,2006李彬《传播学理论:起源、方法与应用》华夏出版社,2000沃纳.赛佛林等《中外广播电视史》复旦大学出版社,2005郭镇之623药理学综合《药理学》第六版人民卫生出版社杨宝峰630中西音乐史《中国古代音乐史》人民音乐出版社杨荫浏著《中国近现代音乐史》高等教育出版社汪毓和编著《西方音乐通史》上海音乐出版社于润洋主编801中西方美术史《西方现代艺术史》天津人民美术出版社H-阿拉森著,邹德侬等译《中国美术史》人民美术出版社王逊著802建筑物理《建筑物理》中国建筑工业出版社西安冶金建筑学院等803建筑环境与设备工程基础(供热、供然气、通风及空调工程基础)《传热学》第三版高等教育出版社1998年12月杨世铭,陶文铨编著《工程热力学》清华大学出版社1995年7月第1版朱明善等编《建筑环境学》中国建筑工业出版社2001年12月第1版金招芬,朱颖心主编804结构力学(含动力学基础)《结构力学(1)基本教程》高教出版社,2006年12月第2版龙驭球805土木工程CAD 技术基础《土木工程CAD 技术清华大学出版社,2006任爱珠、张建平806物理化学《物理化学》人民教育出版社天津大学807大地测量《大地测量学基础》武汉大学出版社孔祥元等著《现代大地控制测量》测绘出版社施一民《误差理论与测量平差基础武汉大学出版社武汉大学测绘学院等编808交通工程《交通规划理论与方法》清华大学出版社2006年陆化普810土力学基础《土力学》前五章清华大学出版社陈仲颐811水文学基础《工程水文学》中国水利水电出版社(河海大学)詹道江,(武汉大学)叶守泽812水力学基础《工程流体力学》(上册)清华大学出版社李玉柱,贺五洲813结构力学基础《结构力学教程》(1、2)高等教育出版社2000年版龙驭球、包世华814项目管理基础《工程项目组织与管理》中国计划出版社注册咨询工程师考试教材编写委员会《成功的项目管理》机械工业出版社翻译本815化学《现代化学基础》高等教育出版社胡忠鲠《大学化学》高等教育出版社傅献彩816环境微生物学《水处理生物学》(第四版)中国建筑工业出版社顾夏声等《微生物学教程》高等教育出版社周德庆《环境微生物学》高等教育出版社王家玲等817环境系统与管理《环境规划学》高等教育出版社郭怀城等《环境与资源经济学概论》高等教育出版社马中《环境系统分析教程》化学工业出版社程声通《环境管理与环境社会科学研究方法》清华大学出版社曾思育818金属学及热处理《材料工程基础》(第二版)清华大学出版社王昆林《工程材料》(第三版)清华大学出版社朱张校主编819电工电子学《电工学》(上、下册,第五版)高等教育出版社秦曾煌主编820机械设计基础《机械原理教程》清华大学申永胜《机械设计》高等教育出版社吴宗泽821光学工程基础《工程光学》(1-14章)机械工业出版社郁道银、谈恒英《光学工程基础》清华大学毛文炜822控制工程基础《控制工程基础》清华大学董景新823热流基础《工程热力学》清华大学出版社朱明善等《工程热力学》高等教育出版社沈维道《流体力学》清华大学出版社张兆顺,崔桂香824工程力学(理论力学及材料力学)《理论力学》清华大学出版社李俊峰《材料力学》高等教育出版社刘鸿文《材料力学》高等教育出版社孙训方《材料力学》高等教育出版社,2002年范钦珊等825工程热力学《工程热力学》清华大学出版社朱明善《工程热力学》高教出版社沈维道826运筹学与统计学(数学规划、应用随机模型、统计学各占1/3)《运筹学(数学规划)(第3版)清华大学出版社,2004年1月W.L.Winston 《运筹学》(应用随机模型)清华大学出版社,2004年2月V.G.Kulkarni 《概率论与数理统计》(第1~9章)高等教育出版社,2001年盛聚等827电路原理《电路原理》(第2版)清华大学出版社,2007年3月江辑光刘秀成《电路原理》清华大学出版社,2007年3月于歆杰朱桂萍陆文娟《电路》(第5版)高等教育出版社,2006年5月邱关源罗先觉828信号与系统《信号与系统》上册下册高教出版社2000年第二版2008年第18次、19次印刷郑君里等《信号与系统引论》高教出版社2009年3月第一版郑君里等829电磁场理论《电磁场理论》清华大学出版社2001年2003年重印王蔷李国定龚克《电动力学》高教出版社1997年第二版郭硕鸿831半导体物理、器件及集成电路《Introduction to Semiconductor Devices 》清华大学出版社Donald A.Neamen《数字集成电路设计-电路、系统与设计》电子工业出版社,2004.Jan M.Rabaey 等著,周润德等译《半导体物理学》电子工业出版社(第6版)或其它出版社(第1-5版)。
无机材料科学基础非晶态固体新PPT课件
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• (2)二价金属氧化物 RO • 二价金属氧化物对粘度的影响很复杂,它们一方面和R2O一样能使硅氧负离子团解
聚;另一方面它们电价较高,而半径又不大,因此其离子势较大,能夺取硅氧负离 子团中的O2-来包围自己,导致硅氧负离子图聚合。使粘度增加。综合这两个相反 的效应R2-降低粘度的次序是:Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+。
大,对粘度其主要作用的是[SiO4]中的Si-O键,这时,加入的正离子半径越小,降 低粘度的作用越大。 次序是:Li+>Na+>K+>Rb+>Cs+
第13页/共88页
• ②当熔体中碱含量高时, O/Si比值 较大时,硅氧四面体接近于岛状, [SiO4]之间主要靠R-O键连接,这时 作用力矩最大的Li+就具有较大的粘度 了。因此,在这种情况下一价碱金属 氧化物的影响 次序是:
3、模型有助于理解熔体结构中聚合物的多样性和 复杂性,从而得出熔体结构特点是近程有序而远程无 序。
第26页/共88页
硅酸盐熔体的结构特征: 1.基本结构单元- [SiO4] 四面体 2.基本结构单元在熔体中存在状态-聚合体 基本结构单元在熔体中组成形状不规则、大小不同的聚合离子团,在这些离子团间存在
•
即急冷后成玻璃体结构为近程有序远程无序。
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强度 I
气体 熔体
玻璃
晶体
sinθ λ
X射线衍射图相似 表明了液体中某一质点最邻近的几个质点的排列
形式与间距和晶体中的相似。这体现了液体结构中 的近程有序和远程无序的特征。
第6页/共88页
• (三)硅酸盐熔体 • 因为硅酸盐晶体是以[SiO4]形式存在,Si-O键结合力强,在转变成熔体时难
硅酸盐总结
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硅酸盐总结第三章晶体结构缺陷P771、【名】点缺陷:又称为零维缺陷,在三维方向上缺陷的尺寸处在原子大小的数量级上,包括空位,间隙原子和杂质原子等。
线缺陷:又称为一维缺陷,在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规律性排列所产生的缺陷,如位错(dislocation)。
面缺陷:又称为二维缺陷,在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规律性排列所产生的缺陷,如晶界(dislocation)。
体缺陷:又称为三维缺陷,在局部的三维方向上偏离理想晶体中的周期性、规律性排列所产生的缺陷,如空位团。
2、弗仑克尔缺陷:能量足够大的质点离开正常格位后挤入晶格间隙为位置,形成间隙质点,原来位置形成空位。
空位和间隙成对产生;晶体体积不变。
肖特基缺陷:正常格点上的质点获得能量后离开平衡位置迁移到表面位置,同时在晶体内部正常格点上留下空位。
对于离子晶体,为保持电中性,正离子空位和负离子空位成对产生,晶体体积增大。
3、【名】固溶体:含有外来杂质原子的晶体称为固体溶液,其中外来组元为溶质,基质晶体为溶剂固溶体中由于杂质原子占据正常格点的位置,破坏了基质晶体中质点排列的有序性,引起晶体内周期性势场的畸变,这也是一种点缺陷范围的晶体结构缺陷。
4、【答】固溶体•机械混合物•化合物的区别5、【答】热缺陷反应方程式P82 固溶化学式P92 (好好理解)6、影响固溶体溶解度的因素?:具体结合P91—93 (1) 原子或离子尺寸(2) 晶体的结构类型(3) 离子类型和键性(4) 电价因素(5) 电负性7、【算】P98 上课讲了P113 11、25题(详见硅酸盐物理化学答案)8、【名】非化学计量化合物:把原子或离子的比例不成简单整数比或固定的比例关系的化合合物称为非化学计量化合物。
9、【选】P98 非化学计量四个类型氧分压与空位浓度关系:(1)阴离子缺位型61][][2-••∝∴O O P V(2)间隙正离子型 完全612][-∝'O P e 不完全412][-∝'O P e (3)正离子空位型 [h ▪]∝PO21/6 (4)间隙负离子型[Oi ’’]∝PO21/6第四章 非晶态结构与性质P1151、P124 O/Si 比:硅酸盐熔体的粘度首先取决于硅氧四面体网络的聚合程度,即随O/Si 比的上升而下降,见表4—4。
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CsCl型(8配位) NaCl型(6配位) ZnS型(4配位)
R+/R- 1-0.732
0.732-0.414
0.414-0.225
化合物 CsCl 0.91
BaO 0.96 KCl 0.73
BeO 0.26
CsI 0.75
NaCl 0.54 NaI 0.44
BeS 0.20
原因:离子极化
2、NaCl的晶型结构
晶体与非晶体的宏观特征
晶体 ●规则的几何外形 ●晶面角守恒 ●各向异性 ●有固定的熔点
非晶体 ● 无确定的外形 ●介稳性 ●各向同性 ●无固定的熔点
晶体 烟水晶
非晶体 有色玻璃
第一节 电子构型与原子键合
一、电子构型与量子力学 1、电子的波粒二象性
电子具有波动性和粒子性,符合测不准原理。
2、描述电子行为的薛定锷方程式 3、电子的能量是量子化的(非连续)。 4、电子构型与四个量子数
附图2-1-16 CsCl结构的立方晶胞
3、立方ZnS的晶体结构
一套Zn2+面心格子和一套S2-简单立方格子沿1/4 (a+b+c)交叠组成ZnS晶体,其中含有4个ZnS分子,各 离子的坐标如下:
4个Zn2+:000,1/2 1/2 0,1/2 0 1/2,0 1/2 1/2 4个S2-: 1/4 1/4 1/4,3/4 3/4 1/4,3/4 1/4 3/4,
2、 金属键的结构特征与金属的特性
金属键无方向性、无饱和性,结构高度对 称,堆积紧密,密度大,具有良好的塑性、导 电、导热性。
二、非金属元素单质的晶体结构
1、 惰性气体元素的晶体 2、 其他非金属元素单质的晶体 8-N规则
3、金刚石结构
硅酸盐物理化学
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第二章晶体结构内容提要大多数无机材料为晶态材料,其质点的排列具有周期性和规则性。
不同的晶体,其质点间结合力的本质不同,质点在三维空间的排列方式不同,使得晶体的微观结构各异,反映在宏观性质上,不同晶体具有截然不同的性质。
1912年以后,由于X射线晶体衍射实验的成功,不仅使晶体微观结构的测定成为现实,而且在晶体结构与晶体性质之间相互关系的研究领域中,取得了巨大的进展。
许多科学家,如鲍林(Pauling)、哥希密特(Goldschmidt)、查哈里阿生(Zachariason)等在这一领域作出了巨大的贡献,本章所述内容很多是他们研究的结晶。
要描述晶体的微观结构,需要具备结晶学和晶体化学方面的基本知识。
本章从微观层次出发,介绍结晶学的基本知识和晶体化学基本原理,以奠定描述晶体中质点空间排列的理论基础;通过讨论有代表性的无机单质、化合物和硅酸盐晶体结构,以掌握与无机材料有关的各种典型晶体结构类型,建立理想无机晶体中质点空间排列的立体图像,进一步理解晶体的组成-结构-性质之间的相互关系及其制约规律,为认识和了解实际材料结构以及材料设计、开发和应用提供必要的科学基础。
2.1 晶体化学基本原理由于天然的硅酸盐矿物和人工制备的无机材料制品及其所用的原料大多数是离子晶体,所以在这一节主要讨论离子晶体的晶体化学原理。
一、晶体中键的性质(键性的判别)过去的教学中,以电子云的重要情况讨论键型。
Na-Cl认为是典型的离子键。
硅酸盐晶体中比较典型的结合键方式:Si-O Al-O M e-O (M代表许多碱、碱土金属)Me-O、Al—O键通常认为是比较典型的离子键,而Si-O键中Si-O键离子键、共价键成分相当。
为了方便,通常也认为是离子键。
那么键的成分是如何确定的?即通常如何判断键的类型呢?Pauling通过大量的研究发现,可以根据各元素的电负性差别判断键的类型(由于电负性反映元素粒子得失电子的能力)。
元素电子的电负性x=元素电子的电离能力I+元素原子的电子亲和能E。
硅酸盐物理化学 第三章 非晶态固体
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11 / 5第三章非晶态固体玻璃的一般特点 当物质从液态冷却下来到凝固点时将出现两种可能的情况:一种情况是结晶;另一种情况则是愈来愈稠,到最后变成十分坚硬而又不结晶。
后一种情况就说它变成玻璃了。
当液体冷却到凝固温度T f 时,如果比体积V发生不连续变化,那就是结晶过程。
这个点就是凝固点。
反之从结晶态加热到这个温度固体就熔融,故T f 也就是熔点。
过凝固温度后晶体比体积V随温度的变化不再维持原来关系,而在V —T 曲线上出现了转折点,固体的热膨胀系数通常比液体要小,故曲线的斜率变小了。
但是有的材料很难发生结晶,有的材料虽然容易结晶,但在工艺上采取一定措施以后也可以使这些材料避免结晶现象的发生。
对这些材料来说在过T f 点以后得到的是亚稳定的过冷液体。
这时材料的比体积就没有不连续的变化。
当这种过冷液体继续冷却就会发生另一种情况,即在达到玻璃转变温度T g 以后,V —T 曲线的斜率变小了〔基本上与晶体的冷却曲线平行〕。
这个T g 温度表示了玻璃开始形成,称为玻璃的转变温度。
玻璃的转变温度是有一定范围的,即有一定转变区城。
当冷却速度较快时转变温度较高,而冷却速度较慢时,转变温度就较低。
这样,不同冷却速度可以得到不同密度的玻璃,冷却速度愈慢玻璃的比体积愈小,即密度愈大;而冷却速度较快则玻璃的密度较小。
这是因为冷却速度较慢时,玻璃内部的原子有足够时间进行调整,这种过程通常称为弛豫。
弛豫的结果使玻璃的结构更趋稳定。
T f 相当于粘度在 l08泊左右的温度,这个温度时玻璃开始呈软化现象,故又称为软化温度。
玻璃的粘度随温度变化而很快变化,尤其在T g 到T f 附近更为激烈,也就是说随着温度提高,玻璃的流动性愈来愈好,这个性质对材料工艺尤其是烧成有重要意义。
对于存在玻璃相的烧结,必须控制液相生成的速度及其粘度的变化。
若在烧成过程中液相随温度上升而迅速增加,或玻璃相粘度迅速降低,就很容易发生过烧,这样烧成的温度范围就会较窄。
硅酸盐物理化学第三章熔体结构教案
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第三章熔体结构引言固体中出来结构排列有序的晶体外,还有结构呈近程有序而远程无序的非晶态固体,简称非晶体。
非晶体是原子排列不规则的固体,包括玻璃、树脂、橡胶、凝胶、非晶态半导体……3.1熔体和玻璃体的结构3.1.1熔体的结构熔体又叫熔融态,是一种液体。
液体和固体的相似之处:体积密度相近、晶体熔化热小、液体与固体热容相近。
液态是介于气态与固态之间的一种中间状态,在性质上表现为一种过渡性质,低温时接近于固态,在高温时接近于气态。
由于我们通常接触的都是温度不太高时的液体,所以它们与固体更接近。
图3.1为白硅石晶体和熔体等4中不同状态物质X射线衍射实验结果。
由图可见当θ角很小时,气体有很强的散射强度;熔体和玻璃没有显著的散射现象。
当θ角大时:气体图谱中无峰值出现,质点排列完全无序;晶体峰很光锐,质点排列有序,结晶程度高。
熔体和玻璃体在晶体有明显峰处,都有弥散状峰出现。
这说明结构中有近程有序区域。
能量Sinθ/λ图3.1晶体、玻璃、熔体、气体的X射线衍射图1.硅酸盐熔体的形成硅酸盐熔体中有多种负离子集团同时存在:如Na2O—SiO2熔体中有:[Si2O7]-6(单体)、[Si3O10]-8(二聚体)……[SinO3n+1]-(2n+2);此外还有“三维晶格碎片”[SiO2]n,其边缘有断键,内部有缺陷。
平衡时各级聚合物分布呈一定的几何级数。
[SiO4]之间连接方式可以从石英的架状——层状——链状——岛状(用聚合物描述)。
以Na2O—SiO2熔体为例。
一切硅氧聚合物来源于Na2O和SiO2的相互作用不考虑固相反应、低共熔、扩散等现象。
只考虑Na2O怎样“攻击”、“蚕食”石英颗粒从而产生聚合物。
聚合物的分布决定熔体结构。
石英颗粒表面有断键,并与空气中水汽作用生成Si-OH键,与Na2O相遇时发生离子交换:Si-OH Si-O-Na图3.2 Na+的攻击-诱导效应结论:1处的化学键加强2处的化学键减弱。
Na2O“进攻”弱点——石英骨架“分化”——形成聚合物。
第三章 非晶态固体
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3
在 PbSiO3 玻璃中氧的密度为:
g/cm
3
同样求得石英玻璃中 SiO2 的个数 n2 和氧的密度为 ρ2:
个/cm ,
3
g/cm
3
显然 ρ1>ρ2,即 PbSiO3 玻璃中氧的密度高于石英玻璃 SiO2 中氧的密度。因而 PbSiO3 玻璃中 Pb 作为 网络改变离子而统计均匀分布在 Si-O 形成的网络骨架空隙中。 6. 试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异。
O 12.6 13.8 73.6 2 R= = =2.36 Si 73.6
Z=4 X=2R-Z=2×2.36-4=0.72 Y=Z-X=4-0.72=3.28 非桥氧数%=
X 0.72 = =30.5% X+Y/2 0.72 3.28/2
10. 网络变性体(如 Na2O)加到石英玻璃中, 使 O/Si 比增加。 实验观察到当 O/Si=2.5~3 时, 即达到形成玻璃的极限。根据结构解释,为什么 2< O/Si<2.5 的碱-硅石混合物可以形成 玻璃,而 O/Si=3 的的碱-硅石混合物结晶而不形成玻璃? 答: 当 2< O/Si<2.5 时,在熔融状态 下[SiO4]4-仍可连成网络状,且聚合程度高,故 可形成玻璃。但当 O/Si=3 时,由于碱金属氧化物明显增加,使熔体中分子较小的低聚合物 增加,熔体粘度变小,故可易结晶而不易形成玻璃。 11.已知石英玻璃的密度为 2.3g/cm’,假定玻璃中原子尺寸与晶体 SiO2 相同。试计算玻璃原子堆积系
3 5. 正硅酸铅玻璃密度为 7.36g/cm3, 求这个玻璃中氧的密度为若干?试把它与熔融石英 (密度为 2.2g/cm )
中的氧密度比较,试指出铅离子所在位置。
非晶态物质一玻璃
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第四章答案4-1略。
4-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。
解:聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位,组成大小不同的聚合体。
可分为三个阶段:初期:石英的分化,架状[SiO4]断裂,在熔体中形成了各种聚合程度的聚合物。
中期:缩聚并伴随变形一般链状聚合物易发生围绕Si-O轴转动同时弯曲,层状聚合物使层本身发生褶皱、翘曲、架状聚合物热缺陷增多,同时Si-O-Si键角发生变化。
[SiO4]Na4+[Si2O7]Na6——[Si3O10]Na8+Na2O(短键)3[Si3O10]Na8——[Si6O18]Na12+2Na2O(六节环)后期:在一定时间和温度范围内,聚合和解聚达到平衡。
缩聚释放的Na2O又能进一步侵蚀石英骨架而使其分化出低聚物,如此循环,直到体系达到分化-缩聚平衡为止。
4-3试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。
它们的结构有什么不同?解:利用X射线检测。
晶体SiO2——质点在三维空间做有规律的排列,各向异性。
SiO2熔体——内部结构为架状,近程有序,远程无序。
SiO2玻璃——各向同性。
硅胶——疏松多孔。
4-4影响熔体粘度的因素有哪些?试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因。
解:(1)影响熔体粘度的主要因素:温度和熔体的组成。
碱性氧化物含量增加,剧烈降低粘度。
随温度降低,熔体粘度按指数关系递增。
(2)通常碱金属氧化物(Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O)能降低熔体粘度。
这些正离子由于电荷少、半径大、和O2-的作用力较小,提供了系统中的“自由氧”而使O/Si比值增加,导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单位,因而使活化能减低、粘度变小。
4-5熔体粘度在727℃时是107Pa·s,在1156℃时是103Pa·s,在什么温度下它是106Pa·s?解:根据727℃时,η=107Pa·s,由公式得:(1)1156℃时,η=103Pa·s,由公式得:(2)联立(1),(2)式解得∴A=-6.32,B=13324当η=106Pa·s时,解得t=808.5℃。
清华大学考研-清华大学考研数学 近五年线代真题考点分析

龙驭球、包世华 注册咨询工程师考试 教材编写委员会 翻译本 胡忠鲠 傅献彩 顾夏声等 周德庆 王家玲等 郭怀城等 马中 程声通 曾思育
王昆林 朱张校主编 秦曾煌主编 申永胜 吴宗泽 郁道银、谈恒英
王向荣
[英]杰弗瑞·杰里柯//苏 珊杰·里柯 译者:刘滨 谊
周维权
刘敦祯 潘谷西 陈志华 罗小未 张筑生 周民强,方企勤
张三慧
宋天佑,程鹏,王杏乔
邢其毅主编
薛华等 刘密新等
潘祖仁主编
何曼君等
606 生物学
《基础生命科学》 高等教育出版社 第二版
吴庆余
607 西方哲学史 《西方哲学简史》 北京大学出版社 2002
《外国城市建设史》 中国建筑工业出版社
《中国古代建筑史》 中国建筑工业出版社
《中国建筑史》
中国建筑工业出版社
《外国建筑史》
中国建筑工业出版社
《外国近现代建筑史》中国建筑工业出版社
601 艺术概论
《艺术概论》
文化艺术出版社
《美学概论》
人民出版社
《中国城市建设史》 中国建筑工业出版社
《外国城市建设史》 中国建筑工业出版社
郑君里等
《电磁场理论》 829 电磁场理论
清华大学出版社 2001 年 2003 年重 王蔷 李国定 龚克
印
《电动力学》
高教出版社 1997 年 第二版
郭硕鸿
《Introduction to Semiconductor Devices》
清华大学出版社
Donald A. Neamen
硅酸盐物理化学 Microsoft Word 文档

晶体结构中在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点称为等同点。
①结点:空间点阵中的等同点初基格子:空间点阵中由八个结点连成的中空的平行六面体。
晶体的对称要素和对称操作使物体的相等部分重复所进行的操作称为对称操作,对称操作包括反映、旋转、反伸等。
在进行对称操作时,所借助的几何要素称为对称要素,包括点、线、面。
晶体中全部对称要素的组合,称为对称型单形是由对称要素联系起来的一组晶面的总和内在因素对晶体结构的影响1.质点的相对大小2.晶体中质点的堆积3.配位数与配位多面体4.离子极化外在因素对晶体结构的影响──同质多晶与类质同晶及晶型转变带电荷的离子所产生的电场,必然要对另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用,使之发生变形,这种现象称为极化。
极化会对晶体结构产生显著影响,主要表现为极化会导致离子间距离缩短,离子配位数降低;同时变形的电子云相互重叠,使键性由离子键向共价键过渡,最终使晶体结构类型发生变化。
鲍林第一规则──配位多面体规则,其内容是:“在离子晶体中,在正离子周围形成一个负离子多面体,正负离子之间的距离取决于离子半径之和,正离子的配位数取决于离子半径比”。
鲍林第二规则──电价规则指出:“在一个稳定的离子晶体结构中,每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和,其偏差?1/4价”。
电价规则有两个用途:其一,判断晶体是否稳定;其二,判断共用一个顶点的多面体的数目。
鲍林第三规则──多面体共顶、共棱、共面规则,其内容是:“在一个配位结构中,共用棱,特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。
其中高电价,低配位的正离子的这种效应更为明显”。
鲍林第四规则──不同配位多面体连接规则,其内容是:“若晶体结构中含有一种以上的正离子,则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势”。
鲍林第五规则──节约规则,其内容是:“在同一晶体中,组成不同的结构基元的数目趋向于最少1.缺陷产生的原因——热震动杂质2、缺陷定义——实际晶体与理想晶体相比有一定程度的偏离或不完美性,把两种结构发生偏离的区域叫缺陷。
硅酸盐物理化学

无机材料科学基础Ⅰ课程教学大纲英文名称:Foundation of Inorganic Materials ScienceⅠ课程编码:02110220学时:56 学分: 3.5课程性质:学科基础课、课程类别:理论课先修课程:无机化学,分析化学,物理化学开课学期:第五学期适用专业:无机非金属材料工程一、课程的性质与任务本课程是无机非金属材料专业的主要专业技术基础课,它所包含的内容组成了一个以固体的结构、化学反应、物理性能和材料为顶点的四面体,是具有立体性质的一个科学领域。
把物理化学、结构化学、结晶化学、固体物理中的基本理论,具体应用到无机非金属材料的制备和性能研究上,成为介于基础科学和专业技术之间的一门重要的专业基础课。
本专业的学生是未来的材料研究与生产的工程技术人才,掌握上述的基础理论并了解材料的结构、物性和化学反应的规律及相互关系是及其必要的。
二、教学目标与要求学习本课程的目的是为了使学生认识材料的本质,系统掌握无机非金属材料的化学成分、组织结构与性能之间的关系及其变化规律,为后续专业课打下牢固的基础,同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。
要求学生系统掌握材料基础理论,初步具备运用理论分析实际材料问题的能力,同时初步具备对材料结构,显微组织,性能的分析能力。
三、课程的基本内容与教学要求第一章晶体学基础[教学目的与要求]:复习巩固晶体学基础基本知识,熟悉晶胞和空间群等晶体学概念,基本掌握晶体化学基础,掌握典型的无机材料晶体结构。
[本章主要内容]:1.1晶体几何基础,主要内容为:了解晶体的特点、空间点阵、晶胞、晶系和布拉菲点阵,晶向和晶面的表示方法,晶带和晶带定律。
1.2晶体化学基础,主要内容为:晶体结构的键合;球体的紧密堆积原理;致密度和配位数,影响离子晶体结构的因素。
晶体的原子堆垛方式和间隙。
1.3晶体结构,主要内容为:典型无机化合物晶体结构分析步骤,面心立方紧密堆积结构:NaCl、β-ZnS、CaF2、CaTiO3、尖晶石结构晶体结构;密排六方紧密堆积结构:. -ZnS、金红石、碘化镉、刚玉结构;1.4硅酸盐晶体的表示法及岛状、环状、连状、层状和架状结构结构特点[本章重点]:1.紧密堆积原理2.典型无机化合物晶体结构。
化学人教版选择性必修23.1.1晶体与非晶体课件
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上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上
小火加热,视察实验现象。
有白色细小晶体析出。
(3)在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯
4.获得晶体的三条途径
(1) 熔融态 物质凝固。 (2) 气态 物质冷却不经液态直接 凝固 (凝华)。 (3) 溶质 从饱和溶液中析出。
从熔融态结晶出 的硫晶体(S8)
凝华得到的 碘晶体
科学方法 对固体进行X-射线衍射实验
举例
NaCl、I2、SiO2、Na 晶体等
玻璃、橡胶等
(3)应用 液晶已有广泛的应用。例如,手机、 电脑和电视的液晶显示器,由于施 加电场可使液晶的长轴取向产生不 同程度的改变,从而显示数字、文 字或图像。再如,合成高强度液晶 纤维已广泛应用于飞机、火箭、坦 克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。
二、晶体与非晶体
蜡状的白磷(P4)
黄色的硫黄(S8)
紫黑色的碘(I2)
测熔点,X-射线衍射实验
(1)具有规则几何外形的固体,一定是晶体吗? 不一定。晶体规则的几何外形是自发形成的。在人力作 用下形成的有规则几何外形的固体不是晶体,如玻璃、 塑料等相关制品。
(2)某种晶体的物质呈现的状态一定是晶体吗?
不一定。同一种物质既可以有晶体状态也可以有非晶 体状态。如晶体SiO2和非晶体SiO2 (3)在一定温度下,将一不规则的NaCl固体,放入饱 和NaCl溶液中,经过一段时间,会产生什么变化?为什 么?
从饱和硫酸铜溶液中 析出的CuSO4.5H2O
【思考】外观呈粉末状的物质是否是晶体? 也可能是晶体,只是颗粒太小。
【思考】某同学在网站找到一张玻璃的结构示意图如 图所示,这张图说明玻璃是不是晶体?为什么?
不是晶体,因为微观结构 中的原子排序是无序的。
《无机固体材料化学》PPT课件
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12
§ 1- 3 晶体的微观特征
• (1)晶体的点阵结构 • 晶体结构=点阵+结构基元 • 一维点阵,结构基元:(-CH2)2
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13
二维点阵,结构基元:[B(OH)3]2
点阵参数 a, b,
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14
NaCl结构类型的晶胞
点阵参数: a, b, c, , ,
• (a)长程无序 • 无平移对称性
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24
• 衍射为弥散的晕 • 和宽化的衍射带
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25
(b)短程有序
lim g (r ) 1
r
• 双体概率分布函数: lim g (r ) 0
r 0
g(r) = r/o
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26
例:石英玻璃的结构 • r(Si-O) = 1.62Å;r(O-O) = 2.65Å
完整版课件ppt
10
§ 1- 2 晶体的宏观特征 (1)自范性: F(晶面数)+V(顶点数) = E (晶棱数) +2
晶面夹角(或交角)守恒定律
完整版课件ppt
11
• (2)晶体的均匀性,来源于晶体中原子 排布的周期性规则,宏观观察中分辨不 出微观的不连续性。
• (3)物理性质的异向性
• (4)稳定性,晶体有固定的熔点。
• 分子或原子不停地,自由地作长距离运 动即流动性。气体和液体具有流动性。
• 气体:无确定的体积和形状 • 液体:有一定的体积但无确定的形状 • 固体:分子或原子处于完全确定的平衡
位置作热振动。具有确定的形状和稳定 的结构即固体性。
完整版课件ppt
无机材料科学基础-3-熔体与玻璃体
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桥氧 非桥氧
+2Na+
Sept. 2009
田长安 合肥学院
19
石英颗粒表面有断键, 并与空气中水汽作用生 成Si-OH键,与Na2O 相遇时发生离子交换:
O 2
Si 1 O
Na
2 O Na+的攻击-诱导效应
Si-OH
Si-O-Na
结 果
• 1处的化学键加强!2处的化学键减弱!
• Na2O “进攻”弱点——石英骨架“分 化”——形成聚合物。
第三章 熔体和非晶态固体
气态(gas state) 物质(substance)液态(liquid state) 固态(solid state)晶体(crystal) 非晶体(amorphous solid)
固体:晶体和非晶体 非晶体:玻璃体和高聚体
田长安 合肥学院 3
当R2O、RO引入硅酸盐熔体中时,Si4+能
把R-O上的氧离子吸引到自己周围,使
Si-O键的键强、键长、键角发生改变,
最终使桥氧断裂。
Sept. 2009
田长安 合肥学院
17
O/Si比升高,[SiO4]之间连接方式可以从石
英的架状——层状——链状——岛状(1) 石英的分化
晶体
从热力学和动力学角度分析熔体与晶体
Sept. 2009 田长安 合肥学院 11
从能量曲线分析熔体和玻璃
气相冷凝获得的无定形物质
位能
熔体
玻璃
真实晶体
理想晶体
表面
Sept. 2009 田长安 合肥学院
内部
12
3.2 熔体的形成
熔体的聚合物理论:
按照聚合物理论,熔体中有多种负离子团同时存在。例如 在偏硅酸钠熔体中,有[SiO4]4-、[Si2O7]6-、[Si3O10]8……等负离子共存,此外还有“三维碎片”,这些硅氧离子 团称聚合离子,也就是聚合物。 熔体定义:熔体是不同聚合程度的各种聚合物的
非晶态结构与性质.pptx

Tf-软化温度,拉丝的最低 温度
Tg~Tf:反常间距,在这一 温度段内,玻璃性质变化剧 烈。
液固状态下的V~T关系
第29页/共73页
玻璃的形成
• 1.形成玻璃的物质及方法 • 2.玻璃形成的热力学条件 • 3.玻璃形成的动力学条件 • 4.玻璃形成的结晶化学条件
9
6
3
0
0.4
0.6 0.8 1.0 1.2
1/T10-3 (K-1)
钠钙硅酸盐玻璃熔体粘度与
温度的关系
但这个公式假定 粘滞活化能是和温度无 关的常数,所以只能应 用于简单的不缔合的液 体或在一定温度范围内 缔合度不变的液体。对 于硅酸盐熔体在较大温 度范围时,斜率会发生 变化,因而在较大温度 范围内以上公式不适用。
1Pa·s=1N·s/ m2=10dyne·s/cm2=10 P(泊)或
1dPa·s(分帕·秒)=1P(泊)。粘度的倒数称液体流动
度ф,即ф=1/η。
第8页/共73页
二、影响熔体粘度的主要因素 1. 温度
硅酸盐熔体在不同温度下的粘度相差很大, 可以从10-2变化至1015 Pa·s;组成不同的熔 体在同一温度下的粘度也有很大差别。
• 3.缩聚 • 分化过程产生的低聚物相互作用,形成级次较
高的聚合物,释放出部分Na2O
4.平衡
此时,系统呈现的状态,“近程有序远程无 序”。
第6页/共73页
三、影响低聚物浓度的因素
• 1. 温度 • 温度升高,断键数目增加,低聚物浓度增大。 • 2. 组成 • Si4+/O2-=1/2-1/3 - 1/4,低聚物浓度增大; • Na2O含量增加,O2-形成非桥氧,聚合物分化,低聚物浓度增大; • 碱金属氧化物增加,低聚物浓度增大。
硅酸盐物理化学总结

硅酸盐物理化学总结晶体晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。
周期性:晶体内部的微粒(原子、离子、分子)或微粒集团在空间排列上,按照一定的方式,每隔一定的距离重复出现。
周期性是晶体内部结构的根本性特征。
晶体结构中在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点称为等同点。
晶体与非晶体宏观性质上的区别 (1) 结晶均一性(2) 异向性(3) 自限性(4)对称性(5) 最小内能和最大稳定性(6) 固定熔点性对称是指物体相同部分作有规律的重复。
晶体中全部对称要素的组合,称为对称型。
对称型也称点群。
单形是由对称要素联系起来的一组晶面的总和。
含有两个或两个以上单形的晶形称为聚形质点堆积方式:根据质点的大小不同,球体最紧密堆积方式分为等径球和不等径球两种情况,面心立方最紧密堆积和六方最紧密堆积。
n个等径球最紧密堆积时,整个系统四面体空隙数为2n个,八面体空隙数为n个配位数:一个原子(或离子)周围同种原子(或异号离子)的数目称为原子(或离子)的配位数,用CN来表示。
单质晶体均为12; 离子晶体,小于12,一般为4或6; 共价晶体中,配位数较低配位多面体:是指在晶体结构中,与某一个阳离子(或原子)成配位关系而相邻结合的各个阴离子(或原子),它们的中心连线所构成的多面体。
离子极化:指离子在外电场作用下,改变其形状和大小的现象。
鲍林规则:鲍林第一规则??配位多面体规则,其内容是:―在离子晶体中,在正离子周围形成一个负离子多面体,正负离子之间的距离取决于离子半径之和,正离子的配位数取决于离子半径比‖。
鲍林第二规则??电价规则指出:―在一个稳定的离子晶体结构中,每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和,其偏差?1/4价‖。
电价规则有两个用途:其一,判断晶体是否稳定;其二,判断共用一个顶点的多面体的数目鲍林第三规则??多面体共顶、共棱、共面规则,其内容是:―在一个配位结构中,共用棱,特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。
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h第三章 非晶态固体玻璃的一般特点 当物质从液态冷却下来到凝固点时将出现两种可能的情况:一种情况是结晶;另一种情况则是愈来愈稠,到最后变成十分坚硬而又不结晶。
后一种情况就说它变成玻璃了。
当液体冷却到凝固温度T f 时,如果比体积V发生不连续变化,那就是结晶过程。
这个点就是凝固点。
反之从结晶态加热到这个温度固体就熔融,故T f 也就是熔点。
过凝固温度后晶体比体积V随温度的变化不再维持原来关系,而在V —T 曲线上出现了转折点,固体的热膨胀系数通常比液体要小,故曲线的斜率变小了。
但是有的材料很难发生结晶,有的材料虽然容易结晶,但在工艺上采取一定措施以后也可以使这些材料避免结晶现象的发生。
对这些材料来说在过T f 点以后得到的是亚稳定的过冷液体。
这时材料的比体积就没有不连续的变化。
当这种过冷液体继续冷却就会发生另一种情况,即在达到玻璃转变温度T g 以后,V —T 曲线的斜率变小了(基本上与晶体的冷却曲线平行)。
这个T g 温度表示了玻璃开始形成,称为玻璃的转变温度。
玻璃的转变温度是有一定范围的,即有一定转变区城。
当冷却速度较快时转变温度较高,而冷却速度较慢时,转变温度就较低。
这样,不同冷却速度可以得到不同密度的玻璃,冷却速度愈慢玻璃的比体积愈小,即密度愈大;而冷却速度较快则玻璃的密度较小。
这是因为冷却速度较慢时,玻璃内部的原子有足够时间进行调整,这种过程通常称为弛豫。
弛豫的结果使玻璃的结构更趋稳定。
T f 相当于粘度在 l08泊左右的温度,这个温度时玻璃开始呈软化现象,故又称为软化温度。
玻璃的粘度随温度变化而很快变化,尤其在T g 到T f 附近更为激烈,也就是说随着温度提高,玻璃的流动性愈来愈好,这个性质对材料工艺尤其是烧成有重要意义。
对于存在玻璃相的烧结,必须控制液相生成的速度及其粘度的变化。
若在烧成过程中液相随温度上升而迅速增加,或玻璃相粘度迅速降低,就很容易发生过烧,这样烧成的温度范围就会较窄。
璃玻的结构 径向分布函数晶体中原子排列的图象可由X 射线、电子、中子衍射分析来获得,这些实验方法都是基于晶体结构的周期性。
在玻璃中原子排列没有这种有规则的周期性,因而通常的结构分析方法也就不易确定其原子排列的具体图象。
因为衍射分析所提供的只是原子的平均环境的知识,也就是说不同原子构型的非晶态可能获得同样的衍射分析结果,这当然是不够理想的。
虽然目前已经可以用从X 射线到微波区的多种不同光谱方法来研究玻璃的结构,但它们主要提供的是关于原子及离子的近程有序结构的信息,如配位数、平均位置的对称性、键特征等等。
其中X 线衍射分析方法用来研究非晶态的结构历史最久,应用也最广泛。
X衍射分析所提供的信息,可以用径向分布函数来描述。
∑==n i i n cdr r r 112)(4ρπ径向分布函数可以描述固体中原子排列的有序程度。
从非晶态固体的径向分布函数可以看出在几个埃范围内,径向分布函数有明显的起伏,因此在这个短距离内原子排列是有一定规律的,即近程有序。
但在更大距离时,径向分布函数连续上升显示了无序的特点,因此说它是长程无序的。
径向分布函数峰值下的面积表示最邻近原子的平均数目(即平均配位数),峰值的宽度则反映最邻近间距的可几分布。
氧化物玻璃的结构 无规则网络学说及晶子学说晶子学说认为玻璃的结构是由与该玻璃成分一致的晶态化合物组成的。
但这个晶态化合物的尺度远比一般多晶体中的晶粒小,故称为晶子。
这个学说的主要实验依据是玻璃的hX 线衍射图形。
无规则网络学说 每个硅原子与周围四个氧原子组成硅氧四面体[SiO 4],各四面体之间通过顶角互相连接而形成向三度空间发展的网络,但其排列是无序的,因此整个玻璃是一个不存在对称性及周期性的体系。
图3—9是方石英晶体及无规则网络的石英玻璃结构区别示意图。
两者都有共同的四面体单元,不同的是在晶体结构中每个四面体都是有规则地和其他所有四面体保持一定方向及周期距离,而在石英玻璃中没有这种规律性。
易形成无规则网络的阳离子称为网络形成离子(它们的氧化物则称为网络形成体或网络基体),Si 4+就是一种典型的网络形成离子。
玻璃结构参数用下面几个参数描述硅酸盐玻璃网络的特征是很方便的:R:每个网络形成离子(在硅酸盐玻璃中就是硅,在别的玻璃系统中如磷酸盐玻璃中则是磷)所占有的氧离子的平均数,例如对于SiO 2来说R=2;对于含12摩尔%Na 2O 、10摩尔%CaO 和78摩尔%SiO 2的钠钙硅酸盐玻璃来说R=(12+10+78×2)/78=2.28。
Z:每个网络形成离子的多面体中配位的氧离子数,例如对于SiO 2来说,Z =4。
X:每个网络形成离子的配位多面体中的“非氧桥”离子数。
Y:每个网络形成离子的配位多面体中的“氧桥”离子数。
则R 、Z 、X 和Y 有如下关系:Z =X+YR=X+21Y 结晶动力学因素按结晶理论,结晶过程包括成核和长大这两个基本过程。
熔体到凝固点时先在熔体内某些地区产生晶核,即结晶中心。
这晶核可以是由熔体中外在的固体或微粒,如容器的器壁、夹杂物或籽晶等,称为非自发成核(或称不均匀成核)。
也可以直接由均匀单一母相中形成新相的结晶核心,液体内时起时伏的一些固相结构(相涨落)就是晶胚或晶核的来源,这种成核称为自发成核(或称均匀成核)。
对于自发成核,在一定过冷度下由于固相的自由能低于液相,因此晶核的形成有利于体系自由能的降低。
但在晶核形成的同时也形成了新相,这个新相与母液之间形成新的表面,因而增加了体系的表面能,这就导致了体系自由能的增加。
可见在结晶过程中存在着两个互相矛盾的因素,晶核能否形成就要看体系的总自由能是否降低了。
体系总的自由能的变化△G 符合△G= 一V ·△F v +S ·σc r ≥2vF ∆σ σππn r F n rG V 23344+∆-=∆ ()()2232344V V F F V C n F n G ∆∆⋅⋅+⋅∆⋅-=∆σσσππ =()S n r n c F V ⋅=⋅⋅=⋅∆σπσσπσ31231234)4( 因此成核所不足的31σ·S 可由能量起伏来补偿。
{h按照波尔兹曼分布律,在系统中能量超过平均值,达到△G c 的微体积出现的几率是与k T /G c e △-成比例的,式中k 是波尔兹曼常数,T 为绝对温度。
△G c 是随过冷度而变化的,在过冷度大时,固液相自由能差值△F v 也大,所以,k T /G c e△-随过冷度的加大而提高。
晶核形成的速率除了与k T /G c e△-有关外,还受原子在液固相转变时扩散的几率因子e 一U/kT 的影响。
U 代表扩散激活能,U 的值基本上不受温度的影响,因此过冷度愈大kT 值愈小,e 一U/kT 也就愈小。
晶核形成速率N 受上述两个因素的共同影响,即与k T /G c e △-·e 一U/kT =k T /)U G (c e +-△成正比。
由于两者随过冷度变化的趋势是不一致的,故最后合成曲线上有一个成核的最大速率玻璃形成的结晶化学因素不同氧化物形成玻璃的能力不一样,它们在玻璃体中的作用也不一样。
联系到第二节中所介绍的情况,可以归纳一下,把氧化物分为三类:(1)网络形成体——它们能单独形成玻璃。
单键能大于300焦耳/摩尔(2)网络变性体——它们不能单独生成玻璃,但可以改变玻璃的性质。
例如Na 2O 等碱金属氧化物使硅氧网络断裂,从而使硅酸盐玻璃的软化点降低。
随着网络变性体成分的增加,断裂程度增加,离子键的成分也增加,玻璃析晶的趋向也增加。
单键能=251-300焦耳/摩尔(3)网络中间体——这部分氧化物有时可以进入网络结构中起连接网络作用,有时也可以处于网络之外。
这部分也包含一些在玻璃中的地位和作用尚不十分清楚的氧化物。
单键能小于250焦耳/摩尔玻璃中的相分离 超高压透射电子显微镜证实玻璃相分离在很多多组分玻璃中普遍存在且这种相分离对玻璃的结构、性能及工艺控制均有很大影响,因此引起了极大重视,并开展了广泛的研究。
研究表明不仅在高温时就有液相分离的系统会形成玻璃的相分离,即使在高温时液相是均匀的在冷却过程中也能分成两相或更多相。
玻璃的粘度⎪⎪⎭⎫⎝⎛=RT Q B ηηexp B —与原子振动频率及碰撞有关的常数因子;Q η—粘滞流动激活能;R ——气体常数;T —绝对温标温度。
下列关系式也用来表示玻璃的枯度和温度的关系:T T B A log -+=η 式中A 、B 、T 0均为常数,可由实验确定,如对SiO 2玻璃25315004487.2log -+-=T η 玻璃的热膨胀系数从玻璃的化学成分来计算热膨胀系数: α=α1p 1+α2p 2+αn p n =ii p ∑αh 式中αi —每一氧化物组成的参数;p i —氧化物的摩尔百分比。
导热性 玻璃的导热系数一般比同样成分的结晶态要小,而且随着温度升高,晶体的导热率一般是下降的,而玻璃体却稍微上升。
对于晶体我们还知道随着缺陷浓度的增加,晶格畸变使导热性下降。
非晶体可以看成是畸变程度很严重的晶体,因此声子的平均路程就短,导热性也就较差。
声子的平均自由路程对玻璃体来说大致是晶格间距的数量级,而晶体中的声了平均自由路程只在趋近熔点时才下降到这个数量级。
电导 电导率σ符合:⎪⎭⎫ ⎝⎛-σ=σσRT Q exp 0 式中Q 0—与热振动频率有关的常数;Q σ—电导激活能,对大多数玻璃其典型值是0.8×105焦耳/摩尔左右。
化学稳定性 玻璃的化学稳定性与离子的扩散性质有关,对于硅酸盐玻璃,众所周知氢氟酸对玻璃网络中Si 的作用导致生成SiF 4气体。
其它酸对玻璃的腐蚀完全可以看成是离子交换现象,即玻璃网络中的碱金属离子被H +所置换的结果。
一般说玻璃表面的这种交换作用是很弱的,而且与碱金属离子扩散能力有关。
假若在玻璃中含有使网络强化的碱土金属离子,那末就能明显地提高其化学稳定性,这个效应与碱土金属离子对玻璃电导率的影响是类似的。
所以一般工业玻璃中都要加入一定数量的CaO 及MgO 。
碱对玻璃的侵蚀就属另外一种情况了,它会导致网络中桥氧的断裂:≡Si 一O —Si ≡+OH 一 → ≡Si —O 一+HO —Si ≡这导致产生可溶性的硅氧化物的负离子≡Sl —O 一,甚至使玻璃网络完全破坏。
假若原来在玻璃中就已含有较多网络缺口,结构比较疏松,这种碱性腐蚀就会更加容易,但总的说来这种腐蚀程度也不是很大的。
在纯水中有H +及OH 一离子,因此对玻璃兼有上述两种作用,一般首先是H +离子交换得较快,随着H +减少使pH 值提高,接着则开始了OH 一离子对玻璃的侵蚀作用。
玻璃被侵蚀程度的大小与玻璃的化学组成、温度及腐蚀时间有很大关系。
SiO 2一A12O 3一 B 2O 3玻璃具有很大化学稳定性,这与A12O 3及B 2O 3起了网络形成体的作用有关,陶瓷中的玻璃体和釉往往都具有上述化学组成,因而化学稳定性较好。