无机材料科学基础实验指导书.docVIP

实验教学指导书

学院名称材料科学与工程学院

课程名称无机材料科学基础

开课实验室材料科学专业基础实验室

执笔人许凤秀

审定人梁忠友

修（制）订日期2023年11月

目录

实验一紧密堆积原理及模型....................................................3

实验二晶体结构模型分析.........................................................6

实验三玻璃的析晶...................................7

实验四粘土泥浆动电位的测定........................8

实验五固相反映速度的测定..........................10

实验一紧密堆积原理及模型

一、实验目的

1、掌握紧密堆积原理，弄清各种堆积方式，为学习具体的晶体结构打下基础。

2、结识并掌握立方简朴堆积，立方紧密堆积，六方紧密堆积中单胞内球的个数，空隙种类、位置以及堆积系数的计算。

二、紧密堆积原理

原子或离子都有一定的半径，它们在空间成周期性的反复规则排列，而构成晶体结构。因此，从几何角度看，原子或离子之间的互相结合，可以看作是球体的互相堆积。晶体中的原子或离子之间的互相结合要遵循内能最小的原则，规定彼此间的引力和斥力达成平衡。故从球体堆积角度来看，规定球体堆积密度尽也许大，即趋于最紧密堆积。

三、球体堆积类型

为统一起见，我们以最低层作为第一层，逐层向上堆积。同层球体的结合称为排列。异层球体的结合称为堆积。

排列有两种方式，一种为对齐排列，另一种为错位排列（见下图）。在错位排列中，我们假设把球心位置标记为0。此时，每个球与相邻的6个接触，形成6个成弧线三角形的空隙。其中3个空隙的尖角朝下，其中心位置标记为1、3、5；此外3个空隙尖角朝上，其中心位置标记为2、4、6。两种空隙相间分布。

对齐排列错位排列

堆积也有两种方式，一种为非嵌入堆积，上层球心位置与下层球心位置重叠。另一种为嵌入堆积，上层球心位置落在下层球心的空隙位置上。

1、立方简朴堆积

立方简朴堆积为同层对齐排列，异层非嵌入堆积，见模型1。每个球与同层的4个球，上层下层各1个球接触，即与相邻的6个球接触。这种堆积中具有立方体空隙，8个球堆积成立方体（见模型2）。球体之间形成了这种立方体空隙。

立方简朴堆积不是最紧密堆积，空隙占总体积的48﹪。

2、立方紧密堆积

这种堆积有两种排列堆积方式，但结果相同，都是立方紧密堆积。

第一种排列堆积方式为同层对齐排列，异层嵌入堆积。可用模型3演示。第一层排好后，第二层的球心位置落在第一层的空隙中，第三层的球心位置落在第二层的空隙中，并与第一层球心位置重叠。如第一层称为A层，第二层称为B，则这种堆积为AB堆积。在这种堆积方式中，每个球与同层的4个球、上层的4个球、下层的4个球，共12个球接触。

模型4显示了ABAB堆积的立方面心晶胞。在每一个单位晶胞内，有4个球体，4个八面体空隙和8个四周体空隙。由此可以计算出立方面心最紧密堆积的空间运用率（即在一定空间内圆球所占体积的百分数）为74.05﹪。而空隙占整个空间的25.95﹪。

第二种排列堆积方式为同层错位排列。异层嵌入堆积，可用模型5演示。第一层排好后，第二层的球心位置落在第一层的某一空隙（例如空隙1、3、5）中，第三层的球心位置落在第一层的另一种空隙（例如空隙2、4、6）中，第四层的球心位置与第一层的球心位置重叠，这种堆积方式为ABCABC堆积。在这中堆积中，每个球与同层的6个球、上层的3个球、下层的3个球，共12个球接触。

模型6显示了ABCABC堆积的立方面心晶胞。

以上两种排列堆积方式都是立方紧密堆积。只要改变观测方面，就能显示出两种排列堆积方式。

本立方紧密堆积中有两种类型的空隙。一种是四周体空隙，见模型7。4个球堆积成四周体，形成了四周空隙（4个球的中心联线）。另一种是八面体空隙，见模型8。6个球堆积成为八面体，形成了八面体空隙（6个球的中心联线）。两种立方最紧密堆积方式中的空隙率都是25.95﹪。

3、六方紧密堆积

六方紧密堆积为同层错位排列，异层嵌入堆积。可用模型9演示。第一层排好后，第二层的球心位置落在第一层的某一种空隙（例如空隙1、3、5或空隙2、4、6）中，第三层球心位置与第一层球心位置重叠，故这种堆积为ABAB堆积。对于每个球来说，它与同层的6个球、上层的3个球、下层的3个球，共12个球接触。

模型10显示了一个六方晶胞。六方紧