第二章 晶体结构与晶体缺陷(3)

（4；1.11％）

2-20 氧化锂（Li2O）的晶胞结构是：O2-离子呈面心立方堆积，Li+离子占据所有四面体空隙。计算：（a）晶胞常数；（b）Li2O的密度；（c）O2-离子密堆积的结构格子，其空隙所能容纳的最大正离子半径是多大？（d）有10-4molSrO溶于Li2O中的固溶体密度是多少？（（0.3495nm；1.646g/cm3；0.0574nm；1.6465g/cm3）

2-21 ThO2具有CaF2结构，Th4+离子半径为0.105nm，O2-离子半径为0.140nm。 （a）实际结构中的Th4+正离子配位数与预计的配位数是否一致？ （b）结构满足鲍林规则否？

2-22 锗（Ge）具有金刚石立方结构，单原子间距（键长）为0.245nm，如果小球按这种形式堆积，堆积系数是多少？ (33.99%)

2-23 砷化镓（GaAs）具有立方ZnS结构，其晶胞可以这样得到：用Ga原子和As原子置换金刚石结构中的C原子，使Ga和As的配为数均为4。（a）画出其晶胞结构；（b）计算其单位晶胞的堆积系数。与2-22题比较，说明两者的堆积系数为何不同？

2-24 简要说明下列名词的含义： （a）类质同晶和同质多晶 （b）正尖晶石和反尖晶石 （c）肖特基缺陷与弗仑克尔缺陷 （d）刃位错与螺位错

2-25 简述硅酸盐晶体结构分类的原则，并列表说明各类矿物的O/Si比，络阴离子 分子式及各类典型结构的矿物实例。

2-26 滑石、白云母和高岭石中平行于层面的试图可以示意地表示在图2-1。

RTi+＝0.074nm；RO2_＝0.14nm）。

图2-1 滑石、百云母、高岭石结构示意图

（a）说明为什么这些矿物易在垂直c轴方向解理？ （b）解释为什么滑石比白云母软得多？

（c）解释为什么粘土（例如发高岭）易于吸水，而滑石比较不透水。 2-27 试解释以下问题：

（a）层状硅酸盐结构中，有一片八面体配位的Al和一片四面体配位的Si。在这些结构中Al经常取代Si，但Si4+一般不会置换Al3+。（配为数为6时，Si4+、Al3+和O2-半径分别为0.040nm、0.053nm、0.140nm。配位数为4时，离子半径依次为0.026nm、0.040nm、0.138nm）。

3-（b）硅酸盐结构由[SiO4]4-共顶联接成链状、环状、层状等结构形式。在磷酸盐（PO4）及硫酸盐（SO4）2-

中也有相似的四面体，但常常是孤岛状结构，但是AlPO4却具有与石英（SiO2）类似的结构，为什么？ （c）许多氧化物是以负离子的立方密堆为基础，而较少以六方密堆为基础，尽管两者的堆积密度是

相等的，为什么？

2-28 在实验中，从一种玻璃熔体结晶出片状晶体，经X射线衍射图谱鉴定，他们是单相（只有一种晶体结构），而化学分析结果表明，它们具有复杂的化学式：

KF?AlF3?BaO?MgO?Al2O3?5MgSiO3

请说明：（a）这与滑石、白云母（钾云母）或叶腊石哪一类晶体有关？

（b）这个晶体是在滑石中进行了何种置换而形成的？

（提示：将化学式写成相应结构式，与滑石、云母结构式相比较来判断）

2-29 石墨、云母和高岭石具有相似的结构。说明它们的结构区别及由此引起的性质差异。

2-30 当K+离子配位数为6时，其离子半径为0.138nm，而离子半径为0.140nm，最近一些测量表明在钾硅酸盐玻璃中K－O半径之和可能是0.24nm，你能提出一个可以解释这个情况的推测吗？说明你的推测怎样与离子晶体结构的鲍林规则一致或不一致。

2-31 石榴石Mg3Al2（SiO4）3和Fe3Al2（SiO4）3是类质同晶，正如Fe2SiO4和Mg2SiO4的关系一样。它们与Ca3Al2（SiO4）3不是同晶型的，而Mg2SiO4 、Fe2SiO4也与Ca2SiO4不同晶型。试用离子尺寸和配位数加以解释。按你的观点，请分别预言一种本题中未提到的与Mg2SiO4、 Ca2SiO4 、Mg3Al2（SiO4）3和Ca3Al2（SiO4）3同晶型的矿物。

2-32 石棉矿物透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2（OH）2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg3[Si2O5]2（OH）2有片状结晶习性，试用O/Si比及硅氧四面体间的联接来解释这种区别？

2-33 （a）在NaCl晶体中，肖特基缺陷生成能为2.4eV，试计算25℃、800℃时热缺陷浓度？ （4.97×10-21）

（b）如果在NaCl中，含有百万分之二的CaCl2杂质，则在800℃时热缺陷和杂质缺陷何者占优势，为什么？ （2.3×10-6）

2-34 在CaF2晶体中，弗仑克尔缺陷生成能为2.8eV，而肖特基缺陷生成能能为5.6eV。 （a） 请写出CaF2中形成肖特基缺陷与弗仑克尔缺陷的缺陷方程式。 （b） 计算25℃何1600℃时，CaF2晶体中这两种缺陷的浓度各是多少？

（c） 如果在CaF2晶体中，含有百万分之一的YF3杂质，则在1600℃时，CaF2晶体中热缺陷与杂质缺陷何者占优势？为什么？

（Schottky 2.99×10-47，3.9×10-8；Frenkell 2.06×10-24，1.71×10-4）

2-35 试写出以下缺陷方程，每组写出两个合理的方程，并判断可能成立的方程是哪一种？再写出每组方程的固溶式。

MgOAlO????? （1）23? （2）NiO????YF3?CaF???2（3） Y2O3UO????2（4）

Fe2O3TiO2?（5）Al2O3???

2-36 非化学计量化合物FexO中，Fe3+/Fe2+＝0.1，求FexO中空位浓度及x值？

（提示：FeO时是Fe2O3溶解在FeO中的非化学计量化合物，现写出缺陷方程式，然后根据Fe2+/Fe3+）＝0.1，计算x值。） （0.956；2.25×10-2）

2-37 在氧化铁中含有52个氧原子百分数，氧化铁晶格常数为0.429nm。

（a）求Fe2+/Fe3+之比是多少？ （b）这种氧化铁（Fe1-xO）的密度是多少？（5；5.7g/cm3） 2-38 Fe1-xO是NaCl型结构，如果每10个晶胞中有一个晶胞内发生一个Fe2+被一个Fe3+所取代，求每cm3中空位个数？ （7.1×1020个/cm3）

2-39 非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质压力大小相关。如果增大周围氧气的分压，Zn1+xO和TiO2-x的密度将发生怎样的变化，为什么？

2-40 当平均一个Ca2+离子加入到有6个Zr4+离子存在的固溶体中，ZrO2仍以立方晶体形式存在。阳离子形成fcc结构和O2-位于四面体间隙中。

（a）在每100个阳离子中有多少个O2-离子？ （185.7O2-） （b）四面体间隙充填的分数是多少？ （92.9％） 2-41 列出MgO、CaO、Al2O3和TiO2四种氧化物的阳离子半径、电负性及晶体结构类型。 （a）按离子尺寸、离子电价、结构类型、电负性以及场强等因素，预计下列各个由氧化物构成的二元系统中，生成固溶体及中间相化合物的状况。MgO-CaO；MgO-TiO2；MgO-Al2O3；CaO-Al2O3；CaO –TO2；Al2O3-TiO2。

（b）查阅各个二元系统相图，校核预计结果的正确性。

2-42 Al2O3在MgO中将形成有限固溶体，在低共熔温度（1995 ℃）时，约有18％Al2O3熔入MgO中，MgO单位晶胞尺寸减少，试预计下列情况下密度的变化。

（a）生成填隙型固溶体。 （b）生成置换型固溶体。

（提示：现写出两类固溶体的缺陷方程，再写出两类固溶体的固溶式。将质量百分数化成摩尔百分数，写出两类固溶体的分子式。若假定MgO晶胞尺寸不变，求两类固溶体的密度，并比较之）

2-43 A原子半径为0.07nm，X原子半径为0.125nm，Y原子半径为0.180nm。A原子分别溶入X原子晶格（面心立方）及Y原子晶格（体心立方）中，均形成填隙型固溶体。经X射线分析证实，A原子只进 …… 此处隐藏：2899字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……