材料科学基础习题及答案

物理键为次价键,亦称范德华力,在高分子材料中占着重要作用。它是借助瞬时的、微弱的电偶极矩的感应作用将原子或分子结合在一起的键合。它包括静电力、诱导力和色散力。

此外还有一种氢键,它是一种极性分子键,存在于HF、H2O、NH3等分子间。其结合键能介于化学键与物理键之间。

由于高分子材料的相对分子质量可高达几十万甚至上百万,所包含的结构单元可能不止一种,每一种结构单元又具有不同构型,而且结构单元之间可能有不同键接方式与序列,故高分子的结构相当复杂。 高分子结构包括高分子键结构和聚集态结构两方面。键结构又分近程结构和远程结构。近程结构属于化学结构,又称一次结构,是指大分子链中原子的类型和排列,结构单元的键接顺序、支化、交联以及取代基在空间的排布规律等。远程结构又称二次结构,是指高分子的大小与形态,键的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。 重点与难点

1. 描述原子中电子的空间位置和能量的四个量子数;

*2. 核外电子排布遵循的原则;

*3. 元素性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者之间的关系; *4. 原子间结合键分类及其特点; 5. 高分子链的近程和远程结构。

重要概念与名词 分子,原子;

主量子数n,轨道角动量量子数l,磁量子数m,自旋角动量量子数s; 能量最低原理,Pauli不相容原理,Hund规则; 元素,元素周期表,周期,族;

结合键,金属键,离子键,共价键,范德华力,氢键;

高分子链,近程结构,结构单元,线性、支化、交联和三维网络分子结构; 无规、交替、嵌段和接枝共聚物;

全同立构、间同立构、无规立构,顺式、反式构型; 远程结构、数均、重均相对分子质量,聚合度; 热塑性、热固性塑料。

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第二章概要

物质通常有三种聚集状态:气态、液态和固态。而按照原子(或分子)排列的规律性又可将固态物质分为两大类,晶体和非晶体。

晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列;而非晶体的原子则是无规则排列的。原子排列在决定固态材料的组织和性能中起着极重要的作用。金属、陶瓷和高分子的一系列特性都和其原子的排列密切相关。

一种物质是否以晶体或以非晶体形式出现,还需视外部环境条件和加工制备方法而定,晶态与非晶态往往是可以互相转化的。

1. 试证明四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。 2. 为什么密排六方结构不能称作为一种空间点阵?

3. 标出面心立方晶胞中(111)面上各点的坐标,并判断

方向上的线密度。

是否位于(111)面上,然后计算

4. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向:a) 立方晶系

六方晶系

, , , , ;b)

5. 在立方晶系中画出

晶面和晶向的密勒指数。

晶面族的所有晶面,并写出{123}晶面族和﹤221﹥晶向族中的全部等价

6. 在立方晶系中画出以 为晶带轴的所有晶面。

7. 试证明在立方晶系中,具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。

8. 已知纯钛有两种同素异构体,低温稳定的密排六方结构 和高温稳定的体心立方结构

,其同素异构转变温度为882.5℃,计算纯钛在室温(20℃)和900℃时晶体中(112)和(001)

的晶面间距(已知aa=0.2951nm, ca=0.4679nm, aβ

900℃

20℃

20℃

=0.3307nm)。

9. 试计算面心立方晶体的(100),(110),(111)等晶面的面间距和面致密度,并指出面间距最

大的面。

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10.

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