无机材料科学基础教案.docx

《无机材料科学基础》
绪论
1、材料的发展动向及本课程的重要地位；
2、本课程的特色及基本要求。
3、无机材料物理化学的科学内涵
4、无机材料物理化学的研究方法
5、参考文献
第一章结晶学基础
§1-1—§1-6内容在结晶学课程中讲授
§1-7晶体化学基本原理
一、结晶化学定律（Goldschmidt——哥希密特定律）
1、数量关系
2、大小关系
3、极化性能
二、决定晶体结构的基本因素
（一）原子半径和离子半径
（二）球体紧密堆积原理
1、等径球的最紧密堆积及其空隙
（1）六方最紧密堆积
1）六方最紧密堆积方式
2）六方最紧密堆积特点
（2）面心立方最紧密堆积
1）立方最紧密堆积方法
2）立方最紧密堆积特点
（a）最紧密堆积的堆积系数
（b）紧密堆积中的空隙类型与数目
2、不等径球的堆积
一、配位数与配位多面体
1、配位数（CN）
2、配位多面体
二、离子极化
三、电负性（X）
四、鲍林规则（L.Pauling）
第一规则——配位多面体规则
1、第一规则的意义
2、配位数与临界半径比（极限半径比）
第二规则——电价规则（最重要的规则）
1、电价规则的意义——可确定负离子的CN或电价
2、可分析晶体结构是否稳定并分析结构中配位多面体的连接方式
第三规则—共顶、共面、共棱规则
第四规则——岛式规则
第五规则——节约规则
作业：P371-10四面体键角109.28；
思考题：P371-7；1-9；
第二章晶体结构与结构缺陷

§2-1典型结构类型
金刚石结构与石墨结构
（一）描述晶体结构的方法
点坐标法—描述结构基元的位置
投影法—也叫标高法。
3、球体紧密堆积法—反映质点的堆积特点和充填情况；
4．多面体的连接方式——对复杂的晶体结构，其质点数目多，用其他方法表示不易找出特点，而用此法则简单明了地描述其结构特点。
（二）金刚石结构
（三）石墨结构
金刚石是目前硬度最大的材料，石墨则是最软的材料。性质差异的原因是结构上的差异。
NaCl型结构
NaCl从化学式上说是属于AX型化合物：
（一）NaCl型结构分析
NaC晶体的空间群：Fm3m
F——表示布拉格点阵类型（面心立方）
m——表示对称面[在（001）面上有一对称面]；
3——对称轴[在（111）面上有一个三次轴；
m——表示倒转轴[在垂直于（110）方向有对称面）[=m]
1、从堆积方式上分析
2、Na＋、Cl－在晶体中的位置分布规律
（二）具有NaCl型结构的物质有32种
氧化物：MgO、CaO、SrO、BaO、MnO、FeO、CoO、NiO
氮化物：TiN、LaN、TiC、ScN、CrN、ZrN
这些物质其晶系、堆积方式、正负离子配位数、点阵类型均相同，仅晶格常数不同。
闪锌矿型结构——（）
1、立方型ZnS结构分析
2、具有闪锌矿结构的晶体——有27种
纤锌矿型结构——（）
1、六方ZnS结构分析
2、具有六方ZnS结构的晶体——有23种如：BeO、ZnO、AlN
五、萤石型（CaF2）结构
（一）萤石结构
1、萤石结构分析
2、结构特点
内部空隙较大——1/2有立方体空隙是空的
可看作是正离子作面心立方堆积，F-离子充填在四面体中；
3、晶体的特性
该结构的晶体可作离子导电体即此结构有利于负离子扩散；因为内部存在较大的空隙（立方体空隙）
沿（111）面有解理；在（111）面上Ca-Ca之间距最小，有斥力，易沿此面解理
具有萤石结构的晶体
（二）反萤石结构
1、反萤石结构
——保持萤石结构中的晶型和点阵类型不变，只是将正负离子的位置互换而构成的结构称之
2、具有反萤石结构的晶体
这类化合物的共同特性是：熔点低——常作为助熔剂使用
六、金红石（TiO2）型结构
1、金红石结构分析
2、晶体的特性
七、碘化镉（CdI2）型结构
八、刚玉型结构（-Al2O3）
1、结构分析
2、晶体特性
3、类似结构的晶体：
九、钙钛矿型（CaTiO3）结构
结构通式：ABO3
A——低价离子（二价或一价）
B——高价离子（四价或五价）
1、钙钛矿型结构分析
2、晶体的特性
3、类似结构的晶体
十、尖晶石型结构（MgAl2O4）
通式：AB2O4（正尖晶石）
其中：A——低价（2+）
B——高价（3+）[总价=+8]
MgAl2O4尖晶石结构分析
1、结构分析
2、正尖晶石结构的规律
3、晶体的特性
反尖晶石结构
典型结构分析方法归纳：
A、负离子的堆积方法——由晶胞图可点阵类型来分析
B、正负离子的配位数——分别由第一、第二规则来分析
C、正离子充填情况——由化学式和第一规则直接判断
D、多面体之间的连接方式——由第二规则来分析
§2-2硅酸盐晶体结构
一、硅酸盐晶体的组成、结构特点与分类
（一）化学组成表示法
1、化学式——氧化物表示法
2、结构式——无机络盐的表示法
3、结构式的意义