3-6说明下列符号的含义:VNa,VNa',VCl˙,(VNa'VCl˙),CaK˙,CaCa,Ca i˙˙
解:钠原子空位;钠离子空位,带一个单位负电荷;氯离子空位,带一个单位正电荷;最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心;Ca2+占据K.位置,带一个单位正电荷;Ca原子位于Ca原子位置上;Ca2+处于晶格间隙位置。
3-7写出下列缺陷反应式:(l)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体;(2)CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体;(3)NaCl形成肖特基缺陷;(4)Agl形成弗伦克尔缺陷(Ag+进入间隙)。
解: (1)NaClNaCa’+ ClCl + VCl·
(2)CaCl2CaNa· + 2ClCl + VNa’
(3)OVNa’ + VCl·
(4)AgAgVAg’ + Agi·
3-10 MgO晶体的肖特基缺陷生成能为84kJ/mol,计算该晶体1000K和1500K的缺陷浓度。(答:6.4×10-3,3.5×10-2)
解:n/N=exp(-E/2RT),R=8.314,T=1000k:n/N=6.4×10-3;T=1500k:n/N=3.5×10-2。
3-11非化学计量化合物 FexO中,Fe3+/Fe2+=0.1,求 FexO中的空位浓度及 x值。(答: 2.25×10-5;0.956)
解:Fe2O32FeFe· + 3OO + VFe’’
y 2y y
Fe3+2yFe2+1-3yO,
X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565O
[VFe’’]===2.22×10-2
3-12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的密度将发生怎么样的变化?增大还是减小?为什么?
解: Zn(g)Zni· + e’
Zn(g) + 1/2O2 = ZnO
Zni· + e’+ 1/2O2 ZnO
[ZnO]=[e’]
∴PO2 [Zni·] ρ
O2(g) OO + VFe’’ + 2h
k=[OO][ VFe’’][h·]/PO21/2=4[OO][ VFe’’]3/ PO21/2
[ VFe’’] ∝PO2-1/6,
∴ PO2 [ VFe’’] ρ
3-26在 MgO-Al2O3和 PbTiO3-PbZrO3中哪一对形成有限固溶体,哪一对形成无限固溶体,为什么?
解:MgO-AL2O3:,即rMg、rAl半径相差大,MgO(NaCl型)、AL2O3
(刚玉)结构类型差别大,形成有限固溶体;
PbTiO3-PbZrO3形成无限固溶体,因为尽管Ti4+、Zr4+半径相差较大(15. 28),但都是(ABO3)钙钛矿型结构,Ti4+、Zr4+都填充八面体空隙,该空隙体积较大,可填入的阳离子的半径r值可在一定范围内变化,而不至于使结构变化。
3-27 CeO2 为萤石结构,其中加入15mol%CaO形成固溶体,测得固溶体密度d=7.01g/cm3,晶胞参数a=0.5417nm,试通过计算判断生成的是哪一种类型固溶体。已知原子量Ce 140.12,Ca 40.08,O 16.00。
解:对于CaO-CeO2固溶体来说,从满足电中性来看,可以形成氧离子空位的固溶体也可形成Ca2+嵌入阴离子间隙中的固溶体,其固溶方程为:
对于置换式固溶体有 x=0.15,1-x=0.85,2-x=1.85,所以置换式固溶体化学式Ca0.15Ce0.85O1.85。有因为CeO2属于萤石结构,晶胞分子数Z=4,晶胞中有Ca2+、Ce4+、O2-三种质点。
晶胞质量
对于间隙固溶体,其化学式Ca2yCe1-yO2,与已知组成Ca0.15Ce0.85O1.85相比,O2-不同,
Ca0.15Ce0.85O1.85Ca0.15×2/1.85Ce0.83×2/1.85O2
∴间隙式固溶体化学式Ca0.13×2/1.85Ce1.7/1.85O2
同理可得
实测密度为d=7.01 ,接近于d2
∴形成间隙固溶体,存在间隙Ca离子
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