无机非金属思考题答案.

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1、《无机非金属材料概论》201309思考题答案玻璃：1.名词解释：桥氧、非桥氧、配位数。桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子，即起“桥梁”作用的氧离子。非桥氧：仅与一个成网离子相键连，而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧。配位数：直接同中心离子（或原子）配位的原子数目叫中心离子（或原子）的配位数。2.了解硅酸盐结构形态与桥氧与非桥氧之间的关系。在无机非金属材料中，硅酸盐晶体结构有一个共同的特点，即均具有[SiO4]四面体，并遵循由此导出的硅酸盐结构定律。[PO4]四面体，[BO4]四面体，[BO3]三角体，[AlO4]四面体，[AlO6]八面体。硅酸盐矿物的晶体结

2、构中，最基本的结构单元是Si-O络阴离子。除硅灰石膏结构中Si4+具有6次配位，形成Si-O6配位八面体而属于六氧硅酸盐外，其他所有硅酸盐矿物都属于四氧硅酸盐。其Si4+具有4次配位，形成Si-O4配位四面体。这样的硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，彼此间由其他金属阳离子来连接。但硅氧四面体间经常还可通过共用角顶上的O2-(称为桥氧)而相互连接，从而构成四面体群、环、链、层和架等不同连接形式的所谓硅氧骨干。硅氧骨干与硅氧骨干之间再借助于其他金属阳离子来连接。3.无机非金属材料与其它材料相比在结构性能上有哪些特点？1）具有比金属键和纯共价键稳定的离子键和混合键——脆性。2）比金属的晶体

3、结构复杂，没有自由电子。3）熔点高，硬度高，脆性大，透明度高，导电性低，抗化学腐蚀能力强。4）绝大多数是绝缘体，导热系数低，受热变形小。4.什么是玻璃态物质的四个通性？解释之。1）各向同性玻璃体的任何方向具有相同性质。就是说，玻璃态物质各个方向的硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等都是相同的。2）介稳性玻璃处于介稳状态，就是说，从熔体冷却或其他方法形成玻璃时，系统所含的内能并不处于最低值。当玻璃从液态向固态转化时，玻璃的内能大于同组成晶体的内能，玻璃的体积大于同组成晶体的体积。从热力学的观点看，玻璃态是不稳定的，但从动力学的观点看，它又是稳定的。3）性质变化的连续

4、性和渐变性在玻璃形成范围内，成分可以连续变化。因此在大部分情况下，玻璃的一些物理性质是玻璃中所含各氧化物特定的部分性质之和。4）没有固定的熔点玻璃在固态和熔融态间的转化是可逆的，没有固定的熔点。它由液态到固态是一个连续渐变的过程。5.Tg-Tf玻璃转变温度区域的含义，及对玻璃结构、性质的研究有何意义？1）Tg—Tf区域称为玻璃转变温度范围。Tg—转变温度（转变点），Tf—软化温度（软化点）。2）在转变温度区域内的任一温度，玻璃熔体有对应于该温度的平衡结构，温度越低，粘度越大，达到平衡结构的速度越慢，需要的时间越长。3）固态玻璃的性质是相对的，并不是一个常数。它与Tg—Tf区域的玻璃冷

5、却速度有关。冷却速度越快，玻璃结构偏离平衡结构的程度越大，导致玻璃结构疏松，使玻璃密度、折射率等性质下降，冷却速度减慢，密度、折射率等性质上升。4）在Tg温度以下或Tf温度以上，一般认为，冷却速度对玻璃结构性能影响不大。5）研究这一温度区域内的玻璃转变，对玻璃的退火、分相、析晶、封接、成型等具有重要的实用意义。201.解释玻璃态结构的晶子学说和无规则网络学说，概括并比较其结构特点。无规则网络学说：原子在玻璃中和在晶体中的作用是相同的，应形成连续的、三维空间的网络，但在玻璃中是不规则的，非周期性的，因而玻璃的内能大于晶体的内能，而晶体的结构是规则的、周期性的。晶子学说：在玻璃中存在着有

6、规则排列的微小区域，这种有规则排列的微小区域与晶体的晶格相比又是极度变形的，他是相对的，距晶子中心的距离越远，不规则程度越显著。无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续性，无序性和均匀性，而晶子学说则比较强调玻璃的微观不均匀性和有序性。当前比较统一的看法是：玻璃结构具有近程有序，远程无序的特点。2.石英玻璃具有哪些结构、性能特点？生产方法？一般采用无规则网络学说的模型描述石英玻璃。[SiO4]是熔融石英和结晶态石英的基本机构单元。它的正负电荷重心重合，不带极性。并以顶角相连。Si-O键是极性共价键。其键能非常大。性能：石英玻璃粘度大，机械强度高，热膨胀系数小，耐热耐化学稳定性好。生产方

7、法：间隙法、连熔法、气炼法。3.氧化钙加入玻璃中一般来说会削弱玻璃的结构，但在钠硅玻璃中加入氧化钙反而加强了玻璃的结构，这是为什么？石英玻璃中，加入R2O使氧的比值增加，玻璃中的氧不可能由两个硅原子所共用，开始出现一个硅原子键合的氧原子，即非桥氧，使硅氧网络发生断裂，结果使玻璃结构减弱、疏松，导致玻璃的物理化学性能下降，如粘度、膨胀系数等。而钠硅玻璃中加入CaO时，使玻璃的结构和性质发生明显的变化，主要表现在结构的加强，一系列物理化学性能变好，成为各种实用