无机非金属材料物理化学知识点整理.doc

无机非金属材料为北航材料学院2009年考研新加科目，考试内容包括大三金属方向限选课《无机非金属材料物理化学》（60%左右）和大四金属方向限选课《特种陶瓷材料》（40%左右）。参考书：陆佩文主编《无机材料科学基础》，武汉理工大学出版社，1996年。本资料由陆晨整理录入。祝愿大家考出好成绩。
第一章 无机非金属材料的晶体结构
第一节：概述
一、晶体定义：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。
二、晶体结构=空间点阵+结构单元
三、晶体的基本性质：
1、均一性 2、各向异性 3、自限性 4、对称性5、稳定性
四、对称性、对称元素、七大晶系、十四种布拉菲格子
结晶符号1、晶面符号——米勒指数(hkl) 2、晶棱符号[ uvw]
PS：其实只要看了金属学，这些就都会了，懒得写了…
第二节：晶体化学
一、离子键、共价键、金属键、分子间力、氢键定义、特点（大家都知道的东西…）
二、离子极化：
三、鲍林规则（重点）：
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”。静电键强度S=正离子数Ｚ＋/正离子配位数n ，则负离子电荷数 Ｚ＝∑Si=∑(Zi+/ni)。
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”。例如，在镁橄榄石结构中，有[SiO4]四面体和[MgO6]八面体两种配位多面体，但Si4+电价高、配位数低，所以[SiO4]四面体之间彼此无连接，它们之间由[MgO6]八面体所隔开。
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”。例如，在硅酸盐晶体中，不会同时出现[SiO4]四面体和[[Si2O7]双四面体结构基元，尽管它们之间符合鲍林其它规则。这个规则的结晶学基础是晶体结构的周期性和对称性，如果组成不同的结构基元较多，每一种基元要形成各自的周期性、规则性，则它们之间会相互干扰，不利于形成晶体结构。
第三节：典型的晶体结构（参考课件或复印的资料）
1AX型
2AX2型
3A2X3型
4AX3和A2X5型
5ABO3型
6ABO4型
7AB2O4型
8硅酸盐晶体结构
第二章 无机非金属材料的晶体缺陷
第一节：晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷（参考金属学吧…）
第二节：缺陷化学反应表示法（重点）
一、点缺陷符号：
克罗格-明克（Kroger-Vink）符号
① 主符号，表明缺陷种类；
② 下标，表示缺陷位置；“i”表示填隙位置
③ 上标，表示缺陷有效电荷，“ · ”表示有效正电荷，用“ ¢ ”表示有效负电荷，用“ ´ ”表示有效零电荷，零电荷可以省略
① 空位：V
VM —— M 原子空位
VX —— X 原子空位
在金属材料中，只有原子空位
对于离子晶体，如果只是 M2+ 离子离开了格点形成空位，而将 2 个电子留在了原处，这时电子被束缚在空位上称为附加电子，所以空位带有 2 个有效负电荷，写成 正离子空位
如果 X2- 离开格点形成空位，将获得的2 个电子一起带走，则空位上附加了 2 个电子空穴，所以负离子空位上带有 2 个有效正电荷，写成 。

② 填隙原子：
Mi —— M 原子处在间隙位置上
Xi —— X 原子处在间隙位置上
如 Ca 填隙在 MgO 晶格中写作 Cai
③ 错放位置：
MX 表示 M 原子被错放在X位置上
④ 溶质原子：
LM 表示 L 溶质处在 M 位置
SX 表示 S 溶质处在 X 位置
例如Ca取代了MgO晶格中的Mg写作CaMg
⑤ 自由电子 e¢ 及电子空穴 h·：
存在于强离子性材料中，电子并不一定属于某一个特定位置的原子，可以在晶体中运动。在某些缺陷上缺少电子，这就是电子空穴，也不属于某一个特定的原子所有，也不固定在某个特定的原子位置。
⑥ 带电缺陷：
不同价离子之间的替代就出现带电缺陷，如 Ca2