晶体结构习题

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1、WORD文档下载可编辑第二章晶体结构与晶体中的缺陷1、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25.9%。解:设球半径为a,则球的体积为4/3πa3,求的z=4,则球的总体积(晶胞)4×4/3πa3,立方体晶胞体积:,空间利用率=球所占体积/空间体积=74.1%,空隙率=1-74.1%=25.9%。2、金属镁原子作六方密堆积,测得它的密度为1.74克/厘米3,求它的晶胞体积。解:ρ=m/V=1.74g/cm3,V=1.37×10-22。3、根据半径比关系,说明下列离子与O2-配位时的配位数各是多少?解:Si4+ 4;

2、K+ 12;Al3+ 6;Mg2+ 6。4、一个面心立方紧密堆积的金属晶体,其原子量为M,密度是8.94g/cm3。试计算其晶格常数和原子间距。解:根据密度定义,晶格常数原子间距=5、试根据原子半径R计算面心立方晶胞、六方晶胞、体心立方晶胞的体积。解:面心立方晶胞:六方晶胞(1/3):体心立方晶胞:6、MgO具有NaCl结构。根据O2-半径为0.140nm和Mg2+半径为0.072nm,计算球状离子所占据的体积分数和计算MgO的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%?解:在MgO晶体中,正负离子直接相邻,a0

3、=2(r++r-)=0.424(nm)体积分数=4×(4π/3)×(0.143+0.0723)/0.4243=68.52%密度=4×(24.3+16)/[6.023×1023×(0.424×10-7)3]=3.5112(g/cm3)MgO体积分数小于74.05%,原因在于r+/r-=0.072/0.14=0.4235>0.414,正负离子紧密接触,而负离子之间不直接接触,即正离子将负离子形成的八面体空隙撑开了,负离子不再是紧密堆积,所以其体积分数小于等径球体紧密堆积的体积分数74.05%。7、半径为R的球,相互接触

4、排列成体心立方结构,试计算能填入其空隙中的最大小球半径r。体心立方结构晶胞中最大的空隙的坐标为(0,1/2,1/4)。技术资料专业分享WORD文档下载可编辑解:在体心立方结构中,同样存在八面体和四面体空隙,但是其形状、大小和位置与面心立方紧密堆积略有不同(如图2-1所示)。设:大球半径为R,小球半径为r。则位于立方体面心、棱心位置的八面体空隙能够填充的最大的小球尺寸为:位于立方体(0.5,0.25,0)位置的四面体空隙能够填充的最大的小球尺寸为:图2-1体心立方结构8、纯铁在912℃由体心立方结构转变成面心立方,体

5、积随之减小1.06%。根据面心立方结构的原子半径R面心计算体心立方结构的原子半径R体心。解:因为面心立方结构中,单位晶胞4个原子,;而体心立方结构中,单位晶胞2个原子,所以,解得:RF=1.0251RI,或RI=0.9755RF9、有效离子半径可通过晶体结构测定算出。在下面NaCl型结构晶体中,测得MgS的晶胞参数为a=0.52nm(在这种结构中,阴离子是相互接触的)。若CaS(a=0.567nm)、CaO(a=0.48nm)和MgO(a=0.42nm)为一般阳离子—阴离子接触,试求这些晶体中各离子的半径。解:∵M

6、gS中a=5.20,阴离子相互接触,a=,∴=1.84;∵CaS中a=5.67,阴-阳离子相互接触,a=2(r++r-),∴=0.95;技术资料专业分享WORD文档下载可编辑∵CaO中a=4.80,阴-阳离子相互接触,a=2(r++r-),∴=1.40;∵MgO中a=4.20,阴-阳离子相互接触,a=2(r++r-),∴=0.7010、氟化锂(LiF)为NaCl型结构,测得其密度为2.6g/cm3,根据此数据计算晶胞参数,并将此值与你从离子半径计算得到数值进行比较。解:LiF为NaCl型结构,Z=4,,,,根据离子

7、半径,。11、Li2O的结构是O2-作面心立方堆积,Li+占据所有四面体空隙位置。求:(1)计算四面体空隙所能容纳的最大阳离子半径,并与书末附表Li+半径比较,说明此时O2-能否互相接触。  (2)根据离子半径数据求晶胞参数。  (3)求Li2O的密度。解:(1)如图2-2是一个四面体空隙,O为四面体中心位置。,,,,∽,,,查表知+=0.68>0.301,∴O2-不能互相接触;(2)体对角线==4(r++r-),a=4.665;(3)ρ=m/V=1.963g/cm3图2-2四面体空隙12、MgO和CaO同属NaC

8、l型结构,而它们与水作用时,则CaO要比MgO活泼,试解释之。技术资料专业分享WORD文档下载可编辑解:与,>,使CaO结构较MgO疏松,H2O易于进入,所以活泼。13、根据CaF2晶胞图画出CaF2晶胞的投影图。解:如图2-3。图2-314、算一算CdI2晶体中的I-及CaTiO3晶体中O2-的电价是否饱和。解:CdI2晶体,Cd2+:CN=6,I-与三个

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