晶体学课后习题答案

面体 方单锥、四方四面体 方单锥、斜方四面体 轴双面 {101} 三方晶系 菱面体、三方单锥 {100} 三方柱、六方柱 {110} {111} 三方柱、六方柱 菱面体、三方单锥、三方双锥、六方单锥、六方双锥 六方双锥、六方单锥、三方双锥 六方晶系 六方双锥、六方单锥、三方双锥 三方柱、六方柱 三方柱、六方柱

11.在极射赤平投影图中找出2/m、mmm、4/mmm、m3、m3m对称型中的最小重复单位,并设置七个原始位置推导单形。 12.柱类单形是否都与Z轴平行?

答:不是。斜方柱就可以不平行于Z轴,如斜方柱{011}、{111}等。

13.分析晶体模型,找出它们的对称型、国际符号、晶系、定向原则、单形名称和单形符号,并作各模型上对称要素及单形代表晶面的赤平投影。

答:步骤为:

1)根据对称要素可能出现的位置,运用对称要素组合定律,找出所有对称要素,确定对称型。

2)根据晶体对称分类中晶系的划分原则,确定其所属的晶系。 3)按照晶体的定向原则(课本P42-43,表4-1)给晶体定向。

4)按照对称型国际符号的书写原则(课本P56,表4-3)写出对称型的国际符号。 5)判断组成聚形的单形的个数

6)确定单形的名称和单形符号。判断单形名称可以依据的内容:

(1)单形晶面的个数; (2)单形晶面间的关系; (3)单性与结晶轴的关系; (4)单形符号;

7)绘制晶体对称型和代表性晶面的极射赤平投影图。

14.已知一个菱面体为32对称型,这个菱面体是否有左右形之分?

答:这个菱面体有左右形之分。因为32对称型的对称性有左-右形之分,这是结晶单形意义上的左-右形。

第六章

习题

1.将二次轴取作Z轴,用操作矩阵证明万能公式(即2(L2)、(C)、m(P)中任两个的复合操作等于第三个的操作)。

答:首先确定表示各个对称操作的矩阵:

2(L2):

然后进行计算:

(C): m(P):

2(L2)×(C)=

×== m(P)

2(L2)×m(P)=

×==(C)

(C)×m(P)=×=

=2(L2)

2.用矩阵运算证明点群4{41,42,43,44}符合群的四个基本条件。

证明:表示点群4的四个元素的矩阵分别为:

41: 42: 43:

213

其中4为4的矩阵自乘两次得到,4则自乘3次,等等。

(1)封闭性 例如:

44:

41×42=×== 43 (2)结合律

同样可以用矩阵验证:(41×42)×43=41×(42×43) (3)单位元 单位元为44 = 1 (4)逆元素

群中每一个元素都有逆元素,逆元素为每个元素的反向操作。 例如:41的逆操作即为43

3.用矩阵运算证明点群mm2符合群的四个基本条件。

证明:点群mm2的群元素为{2(平行Z轴),m(⊥X),m(⊥Y),1}

(1)封闭性

2×m(⊥X)=×== m(⊥Y) (2)结合律

同样可以用矩阵验证:(2×m(⊥X))×m(⊥Y)=2×(m(⊥X)×m(⊥Y)) (3)单位元 单位元为1

(4)逆元素

群中每一个元素都有逆元素,逆元素为每个元素的反向操作

4.某一点(x,y,z)在经过点群2/m的所有对称要素操作后会,最终产生什么结果?这一结果说明了群的什么性质?

答:某一点(x,y,z)经过对称面m的操作产生点(x,-y,z),再经过对称轴2的操作产生点(-x,-y,-z),再经过对称中心的操作产生点(x,y,z),即回到了原来的出发点。这一结果说明了群的封闭性。

第七章

习题

1.有一个mm2对称平面图形,请你划出其最小重复单位的平行四边形。

答:平行四边形见右图

2.说明为什么只有14种空间格子?

答:空间格子根据外形可以分为7种,根据结点分布可以分为4种。布拉维格子同时考虑外形和结点分布两个方面,按道理应该有28种。但28种中有些格子不能满足晶体的对称,如:立方底心格子,不能满足等轴晶系的对称,另外一些格子可以转换成更简单的格子,如:四方底心格子可以转换成为体积更小的四方原始格子。排除以上两种情况的格子,所以布拉维格子只有14种。

3.分析金红石晶体结构模型,找出图7-16中空间群各内部对称要素。

答:金红石晶体结构中的内部对称要素有:42,2,m,n,。图中的空间群内部对称要素分别标注在下图中:

4.Fd3m是晶体的什么符号?从该符号中可以看出该晶体是属于什么晶系?具什么格子类型?有些什么对称要素?

答:Fd3m是空间群的国际符号。该符号第二部分可以看出该晶体属于等轴晶系。具有立方面心格子。从符号上看,微观对称有金刚石型滑移面d,对称轴3,对称面m。该晶体对应的点群的国际符号为m3m,该点群具有的宏观对称要素为3L44L36L29PC。

5.在一个实际晶体结构中,同种原子(或离子)一定是等效点吗?一定是相当点吗?如果从实际晶体结构中画出了空间格子,空间格子上的所有点都是相当点吗?都是等效点吗?

答:实际晶体结构中,同种质点不一定是等效点,一定要是通过对称操作能重合的点才是等效点。例如:因为同种质点在晶体中可以占据不同的配位位置,对称性就不一样,如:铝的铝硅酸盐,这些铝离子不能通过内部对称要素联系在一起。 同种质点也不一定是相当点。因为相当点必须满足两个条件:质点相同,环境相同。同种质点的环境不一定相同,如:金红石晶胞中,角顶上的Ti4+与中心的Ti4+的环境不同,故它们不是相当点。

空间格子中的点是相当点。因为从画空间格子的步骤来看,第一步就是找相当点,然后将相当点按照一定的原则连接成为空间格子。所以空间格子中的点是相当点。 空间格子中的点也是等效点。空间格子中的点是相当点,那么这些点本身是相同的质点,而且周围的环境一样,是可以通过平移操作重合在一起的。因此,它们符合等效点的定义,故空间格子中的点也是等效点。

第八章 习题

1.以式(8-2)求出成核的临界半径rc。

答:式(8-2)ΔG=πr3ΔGv0+4πr2ΔGs0中,ΔGv0和ΔGs0为可以看作是常数,该式可以看成是ΔG和r间的函数。当r=rc时,ΔG达到最大值。此时,d(ΔG)/d(r)=0。按照这一关系,对式(8-2)取导数,可变为:

d(ΔG)/d(r)=4πr2ΔGv0+8πrΔGs0=0

上式的计算结果为:

r=0或r=-2ΔGs0/ΔGv0

由于rc≠0,所以rc=-2ΔGs0/ΔGv0

2.在日常生活中我们经常看到这样一种现象:一块镜面,如果表面有尘埃,往上呵气时会形成雾状水覆盖在上面,但如果将镜面擦干净再呵气,不会形成一层雾状水。请用成核理论解释之。

答:当镜面表面有尘埃的时候,尘埃可以作为“晶核”,呵气时,水蒸汽可以以尘埃为中心进行凝结。故可以在镜面上产生雾状水。将镜面刮干净后,尘埃消失。

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