1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。实 验 教 学 指 导 书学 院 名 称材料科学与工程学院课 程 名 称无机材料科学基础开课实验室材料科学专业基础实验室执笔人许凤秀审定人梁忠友修 ( 制) 订日期 11 月目 录实验一紧密堆积原理及模资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。型 . 3实验二晶体结构模型分析 .6实验三玻璃的析晶7实验四粘土泥浆动电位的测定8实验五固相反应速度的测定10实验一紧密堆积原理及模型一、 实验目的资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。1、掌握紧密堆积原理 ,弄清各种堆积方式 ,为学习具体的晶体结
2、构打下基础。2、认识并掌握立方简单堆积 , 立方紧密堆积 , 六方紧密堆积中单胞内球的个数 , 空隙种类、 位置以及堆积系数的计算。二、 紧密堆积原理原子或离子都有一定的半径 , 它们在空间成周期性的重复规则排列 , 而构成晶体结构。因此 , 从几何角度看 , 原子或离子之间的相互结合 , 能够看作是球体的相互堆积。晶体中的原子或离子之间的相互结合要遵循内能最小的原则 , 要求彼此间的引力和斥力达到平衡。 故从球体堆积角度来看 , 要求球体堆积密度尽可能大 , 即趋于最紧密堆积。三、 球体堆积类型为统一起见 , 我们以最低层作为第一层 , 逐层向上堆积。同层球体的结合称为排列。异层球体的结合称
3、为堆积。排列有两种方式 , 一种为对齐排列 , 另一种为错位排列 ( 见下图 ) 。在错位排列中 , 我们假设把球心位置标记为 0。此时 , 每个球与相邻的 6 个接触 , 形成 6 个成弧线三角形的空隙。 其中 3 个空隙的尖角朝下 , 其中心位置标记为 1、 3 、 5; 另外 3 个空隙尖角朝上 , 其中心位置标记为 2、 4 、 6 。两种空隙相间分布。对齐排列错位排列堆积也有两种方式 , 一种为非嵌入堆积 , 上层球心位置与下层球心位置重叠。另一种为嵌入堆积 , 上层球心位置落在下层球心的空隙位置上。1、 立方简单堆积资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。立方
4、简单堆积为同层对齐排列,异层非嵌入堆积 ,见模型 1。每个球与同层的 4 个球 , 上层下层各 1 个球接触 , 即与相邻的 6 个球接触。这种堆积中具有立方体空隙 , 8 个球堆积成立方体 ( 见模型 2) 。球体之间形成了这种立方体空隙。立方简单堆积不是最紧密堆积 , 空隙占总体积的 48。2、 立方紧密堆积这种堆积有两种排列堆积方式 , 但结果相同 , 都是立方紧密堆积。第一种排列堆积方式为同层对齐排列 , 异层嵌入堆积。 可用模型 3 演示。第一层排好后 , 第二层的球心位置落在第一层的空隙中 , 第三层的球心位置落在第二层的空隙中,并与第一层球心位置重叠。如第一层称为A 层 ,第二层
5、称为B,则这种堆积为AB堆积。在这种堆积方式中,每个球与同层的4 个球、 上层的 4 个球、下层的4 个球 ,共 12 个球接触。模型4 显示了ABAB堆积的立方面心晶胞。在每一个单位晶胞内,有4 个球体 , 4 个八面体空隙和 8 个四面体空隙。由此能够计算出立方面心最紧密堆积的空间利用率 ( 即在一定空间内圆球所占体积的百分数 ) 为 74.05 。而空隙占整个空间的 25.95 。第二种排列堆积方式为同层错位排列。 异层嵌入堆积 , 可用模型 5 演示。第一层排好后 ,第二层的球心位置落在第一层的某一空隙( 例如空隙1、 3 、 5)中 , 第三层的球心位置落在第一层的另一种空隙 ( 例
6、如空隙 2、 4 、 6)中, 第四层的球心位置与第一层的球心位置重叠 , 这种堆积方式为 ABCABC堆积。在这中堆积中 , 每个球与同层的 6 个球、 上层的 3 个球、 下层的 3 个球 ,共 12 个球接触。模型 6 显示了 ABCABC堆积的立方面心晶胞。以上两种排列堆积方式都是立方紧密堆积。只要改变观察方面 ,就能显示出两种排列堆积方式。本立方紧密堆积中有两种类型的空隙。一种是四面体空隙 , 见模型 7。4 个球堆积成四面体 , 形成了四面空隙 ( 4 个球的中心联线 ) 。另一种是八面体空隙 , 见模型 8。 6 个球堆积成为八面体 , 形成了八面体空隙 ( 6 个球的中心联线
7、) 。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。两种立方最紧密堆积方式中的空隙率都是25.95 。3、 六方紧密堆积六方紧密堆积为同层错位排列,异层嵌入堆积。 可用模型 9 演示。第一层排好后 ,第二层的球心位置落在第一层的某一种空隙(例如空隙1、 3 、 5或空隙2、4 、6)中,第三层球心位置与第一层球心位置重叠,故这种堆积为ABAB堆积。对于每个球来说 ,它与同层的 6 个球、 上层的 3 个球、 下层的 3 个球 ,共12 个球接触。模型 10 显示了一个六方晶胞。六方紧密堆积形成六方格子。在每一个单位晶胞内 , 有 6 个球体 , 能够算出其空间利用率也是 74.
8、05 , 空隙率为 25.95 。以上为等大球体的紧密堆积 , 在不等大球体进行堆积时 , 球体有大有小 ,能够看作是较大的一种球体按等大球体进行紧密堆积,较小的球体填充在空隙中。在实际的离子晶体结构中,往往是半径较大的负离子作紧密堆积,而正离子则填充于其中的空隙中。 但由于正离子一般要比负离子所形成的空隙大,因此一般是正离子把空隙撑大,负离子只能近似地作紧密堆积。思 考 题1、 计算立方简单堆积的空隙利用率与空隙率2、模型 4 与模型 3 是一种堆积方式吗 ? 二者有何关系 ? 请计算模型 4 中属于该面心立方晶胞的球的个数及空隙率。找出四面体空隙与八面体空隙所在的位置及属于该单位晶胞的个数
9、。3、 观察比较模型5 与模型 3,它们都是立方面心最紧密堆积,试在其中一个模型中改变观察方向显示出这两种排列堆积方式。4、 分别演示模型7、 模型 8 中构成四面体空隙与八面体空隙的各种不同方位 ( 各有三种方位 ) 。5、 计算模型 10 中单位六方晶胞的空间利用率和空隙率。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。实验二晶体结构模型分析一、 实验目的借助各种晶体结构模型 ,熟悉各典型晶体和硅酸盐晶体的结构。二、实验模具1、 各种典型晶体结构模型( 1)金刚石结构模型( 7) CaF2( 萤石 ) 型结构模型( 2)石墨结构模型( 8) TiO2 ( 金红石 ) 型结构
10、模型( 3) NaCI型结构模型( 9) CdI2 ( 碘化镉 ) 型结构模型( 4) CsCI型结构模型( 10)- AI2O( 刚玉 )型结构模型3( 5)-ZnS( 闪锌矿 ) 型结构模型( 11) CaTiO3(钙钛矿 )型结构模型( 6)- ZnS( 纤锌矿 ) 型结构模型( 12) MgAl2O4(尖晶石 ) 型结构模型2、 硅酸盐晶体结构模型( 1)岛状结构模型 (镁橄榄石 )( 2)组群状结构模型 ( 绿宝石 )( 3)链状结构模型 (透辉石 )( 4)层状结构模型 (高岭石结构、 蒙脱石结构、伊利石结构 )资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。( 5)
11、架状结构模型 (石英晶体结构、长石晶体结构 )三、 实验过程及要求 :1、利用典型晶体结构模型 , 指出某种晶体结构模型所属晶系 , 一个晶胞所含离子数目 , 负离子堆积方式 , 正负离子的配位数 , 正离子占据的空隙位置 , 结构类型。分别用坐标法、 球体密堆积法、 配位多面体及其连接方式法、 投影法来描述某一具体的晶体结构。2、 利用硅酸盐晶体模型 ,指出结构类型 , SiO 4 共用 O2- 数, SiO 4 连接形状 , 络阴离子式 , Si/O 比, 写出某一具体硅酸盐晶体的结构式 , 熟悉硅酸盐晶体结构特点以及结构与性质的关系。 对不同类型的晶体结构进行比较 , 指出其异同点。实验
12、三玻璃的析晶一、 实验目的1、 了解玻璃的析晶性能。2、 测定玻璃的析晶温度范围、镜下观察析晶产物。二、 实验原理一般认为玻璃是过冷的液体。 即玻璃熔体过冷后仍保持着远程无序结构。 从热力学观点 , 玻璃态物质的内能高于晶态物质 , 处于介稳状态 , 总有向晶态转变的趋势 ; 从动力学观点 , 析晶过程必须克服一定的能垒。 由于常温下玻璃的粘度很大 , 由玻璃态转变为晶态的速度是很小的。 可是我们如果把玻璃加热到某一温度范围 , 并维持相当时间 , 即满足动力学上的转化条件 , 则玻璃中的质点也能作有序排列 , 产生结晶作用。玻璃析晶对硅酸盐工业有很大意义 , 它的析晶能力与其化学成分、 温度、保温时间都有关系。 按照玻璃的组成不同 , 析出的晶体也不同 , 一般工业玻璃中
