答：碱土金属离子Be2+、Mg2+、Ca2+，随着原子序数的增大，离子半径逐渐增大，极化性能变化不大。当阴离子同为F-时，使得其r+/r-增大，配位数增大，由BeF2的4配位到MgF2的6配位，再到CaF2的8配位。
3-11 金刚石结构中C原子按面心立方排列，为什么其堆积系数仅为34%。
答：为了分析晶体结构方便起见，金刚石结构中C原子可以看成按面心立方排列。但实际上由于C原子之间是共价键，具有方向性和饱和性，每个C原子只与4个C原子形成价键（紧密相邻），所以并没有达到紧密堆积（紧密堆积时每个原子同时与12个原子紧密相邻），其晶体结构内部存在很多空隙。所以其堆积系数仅为34%，远远小于紧密堆积的%。
第四章 晶体结构缺陷习题与解答
名词解释（a）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b）刃型位错和螺型位错
解：（a）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。
试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出CaCl2中Ca2+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表示式。 解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX晶体中，间隙原子的表示符号为MI或XI；空位缺陷的表示符号为：VM或VX。如果进入MX晶体的杂质原子是A，则其表示符号可写成：AM或AX（取代式）以及Ai（间隙式）。 当CaCl2中Ca2+置换KCl中K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：
CaCl2++2ClCl
CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为：
CaCl2+2 +2ClCl
在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？
解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格点数与X格点数保持正确的比例关系，即M：X=a：b。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。
（a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。 （b）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。
解：（a）根据热缺陷浓度公式：
exp（－）
由题意 △G=6ev=6××10-19=×10-19J K=×10-23 J/K
T1=25+273=298K T2=1600+273=1873K
298K：
exp
=×10
-51
1873K： exp=8×10
-9
（b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应方程为：
此时产生的缺陷为[ ]杂质。
而由上式可知：[Al2O3]=[ ]杂质
∴当加入10-6 Al2O3时，杂质缺陷的浓度为
[ ]杂质=[Al2O3]=10
-6
由（a）计算结果可知：在1873 K，[ ]热=8×10-9
显然： [ ]杂质＞[ ]热，所以在1873 K时杂质缺陷占优势。
对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol，计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。 解：根据热缺陷浓度公式：
exp（－
）
由题意 △G=84KJ/mol=84000J/mol 则 exp（其中R=mol·K
）
当T1=1000K时， exp（）= exp=×10
-3
当T2=1500K时， exp（）= exp=×10
-2
试写出在下列二种情况，生成什么缺陷？缺陷浓度是多少？（a）在Al2O3中，添加%的Cr2O3，生成淡红宝石（b）在Al2O3中，添加%的NiO，生成黄宝石。
解：（a）在Al2O3中，添加%的Cr2O3，生成淡红宝石的缺陷反应式为： Cr2O3
＝%＝4×10-3 %
生成置换式杂质原子点缺陷。其缺陷浓度为：%×
（b）当添加%的NiO在Al2O3中，生成黄宝石的缺陷反应式为：
2NiO
＋
＋2OO
＝ %
生成置换式的空位点缺陷。其缺陷浓度为：%×
非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度将发生怎样变化？增大？减少？为什么？ 解：（a）非化学计量化合物Fe1-xO，是由于正离子空位，引起负离子过剩：
2Fe Fe+ O2(g)→2Fe+ V+OO
O2(g)→OO + V+2h
按质量作用定律，平衡常数
K=
由此可得 [V]﹠ PO
1/6
即：铁空位的浓度和氧分压的1/6次方成正比，故当周围分压增大时，铁空位浓度增加，晶体质量减小，则Fe1-xO的密度也将减小。
（b）非化学计量化合物Zn1+xO，由于正离子填隙，使金属离子过剩：
ZnO+2e′+ O2(g)
根据质量作用定律
K=[
得 [
]
PO
-1/6
] [e′]
2
即：间隙离子的浓度与氧分压的1/6次方成反比，故增大周围氧分压，间隙离子浓度减小，晶体质量减小，则Zn1+xO的密度也将减小。
非化学计量化合物FexO中，Fe3+/Fe2+=，求FexO中的空位浓度及x值。
解： 非化学计量化合物FexO，可认为是α(mol)的Fe2O3溶入FeO中，缺陷反应式为：
Fe2O3
α 2α α
此非化学计量化合物的组成为：
Fe
已知：Fe/Fe＝
3+
2+
2Fe+ V+3OO
FeO
则：
∴ α ＝
∴x＝2α+(1－3α)＝1－α＝ 又：∵[V
3+
]＝α ＝
正常格点数N＝1+x＝1+＝
∴空位浓度为
非化学计量氧化物TiO2-x的制备强烈依赖于氧分压和温度：（a）试列出其缺陷反应式。（b）求其缺陷浓度表达式。
解：非化学计量氧化物TiO2-x，其晶格缺陷属于负离子缺位而使金属离子过剩的类型。 （a）缺陷反应式为：
2Ti Ti?/FONT>O2↑→2
OO→
（b）缺陷浓度表达式：
[ V]
+
+3OO
+2e′+O2↑
试比较刃型位错和螺型位错的异同点。
解：刃型位错和螺型位错的异同点见表4-1所示。
???????????????????????????? 表4-1 刃型位错和螺型位错的异同点 刃型位错 螺型位错
相关推荐：
loading