材料基础试验指导书Word文档下载推荐.docx

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工科大楼实验日期：

年月日

1、实验目的与任务：

（1）掌握十四种布拉维空间格子（点阵）形式；

（2）掌握等大球体的紧密堆积原理；

（3）掌握配位多面体共顶或共面连接的情况；

（4）掌握几种常见的无机化合物的晶体结构模型；

（5）通过晶体模型观察，理解同质多晶现象；

理解晶体的结构与性质之间的关系。

2、结晶学知识基础：

2.1十四种布拉维格子

对应于每一个晶体结构，均可以抽象出一个相应的空间点阵，由于晶体是内部质点在三维空间作有规则重复排列的固体，对于每一种晶体结构，均可以抽象出一个相应的空间点阵，对于同一个空间点阵，如果所取的三组不共面的行列不同，就可以划分出不同的平行六面体，由于不同的晶体可以抽象出不同的空间点阵，为了更好的研究晶体结构的基本特征，使所划分出来的平行六面体具有充分的代表性，因此规定了选择平行六面体时所遵循的规则：

1）所选平行六面体的对称性应符合整个空间点阵的对称性；

2）在不违反对称性的条件下，应选择棱与棱之间直角关系最多的平行六面体；

3）在遵循前两条的前提下，所选的平行六面体的体积应为最小；

4）当对称性规定棱间交角不为直角时，应选择结点间距小的行列作为平行六面体的棱，且棱间交角接近于直角的平行六面体。

根据以上划分原则，对于七个晶系的晶体，共有十四种不同形式的空间格子。

2.2球体紧密堆积原理

由于原子和离子都具有一定的有效半径，因而可以看成具有一定大小的球体，在金属晶体和离子晶体中，金属键和离子键没有方向性和饱和性，因此，从几何角度来看，金属原子之间或离子之间的相互结合，在形式上可看成是球体间的相互堆积，由于晶体具有最小内能性，原子或离子相互结合时，相互间的引力或斥力处于平衡状态，因此要求球体间作紧密堆积。

2.3同质多晶现象

晶体的性质是由晶体的组成和结构决定的，而组成与结构之间又存在密切的内部联系，化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下，可以结晶成结构不同的晶体。

2.4配位数与配位多面体

一个原子或离子的配位数是指在晶体结构中，该原子或离子周围，与它直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数；

配位多面体是指在晶体结构中，与一个阳离子（或原子）成配位关系而相邻结合的各个阴离子（或原子），它们的中心连线所构成的多面体。

3、实验内容

在实验室备有若干晶体模型，其中，十四种布拉维格子和球体紧密堆积过程备有多媒体课件，按以下步骤进行观察：

1）观察十四种布拉维点阵；

2）观察球体的紧密堆积；

3）观察不等大球体紧密堆积中，阳离子和阴离子的位置关系；

4）分析配位四面体和配位八面体共顶、共面、共棱连接的情况；

5）观察石墨和金刚石的晶体结构模型；

6）观察氯化钠、氯化铯、金红石的晶体结构；

7）观察硅酸盐晶体结构中硅氧四面体共顶连接的情况。

4、实验结果记录

1）绘出十四种布拉维格子；

2）叙述球体的紧密堆积过程；

3）描述配位四面体和配位八面体共顶、共面、共棱连接的情况；

4）描述氯化钠、氯化铯、金红石的晶体结构特点；

5）分析金刚石和石墨的晶体结构与其性能的关系。

5、思考题

（1）根据晶体的晶格常数，判断晶体所属的晶系：

①镁橄榄石：

ａ=4.76Å

ｂ=10.21Å

ｃ=5.99Å

α=β=γ=90°

②α-石英：

ａ=4.96Å

ｂ=4.96Å

ｃ=5.45Å

α=β=90°

γ=120°

③镁方柱石：

ａ=7.79Å

ｂ=7.79Å

ｃ=5.02Å

④β-Ｃ2Ｓ：

ａ=5.48Å

ｂ=9.28Å

ｃ=6.76Å

α=γ=90°

β=94ο33ˊ

（2）比较各晶系的对称特点，判断下列对称型属于哪一晶系：

①Ｌ33Ｌ23ＰＣ②4Ｌ33Ｌ23ＰＣ③Ｌ2ＰＣ

④3Ｌ23ＰＣ⑤Ｌｉ63Ｌ23Ｐ⑥Ｌ22Ｐ

⑦3Ｌ44Ｌ36Ｌ2⑧Ｌ44Ｌ25ＰＣ⑨Ｃ

（3）试用鲍林规则，分析氯化钠的晶体结构

表面张力测定实验

表面张力测定实验实验类别：

指导教师：

工科大楼实验日期：

一．实验目的

（1）了解测定表面张力的原理和方法。

（2）了解表面张力仪的构造和使用。

（3）理解影响表面张力的主要因素。

二．实验原理

1.表面张力

在液体中，每个质点周围都存在一个力场，在液体内部，质点力场是对称的，但处于表面层的质点，只受到液体内部质点的引力作用，结果使得表面有向内收缩的趋势。

对一滴液体来说，它总是趋向于收缩成球形以降低表面能。

因此，表面张力的物理意义是扩张表面单位长度所需要的力，单位为N/m。

表面张力的方向与表面相切。

2.表面张力的测定：

（1）最大拉力法

当与扭力丝一臂相连的下部开口的薄壁铂圆筒或铂金环与熔体或液体面接触时，通过电机、齿轮、托盘带动盛有被测液体的玻璃器皿下降，由于熔体或液体的表面张力，这时铂金环与被测液体之间的膜被拉长，使铂金环受到一个向下的拉力，通过杠杆臂使扭力丝随之扭转，差动变压器的磁芯随铂金环的下降而上升，使差动变压器的线圈感应出一定的电压值，使被拉伸的薄膜变形量转变为电压量，经过微机处理转化为相应的张力值，并自动显示出来。

当液面下降时，铂圆筒或铂金环被向上拉引，表面张力即为薄壁圆筒或铂金环接触熔液或液体表面至拉引离开所需的力（此时熔体或液体对铂圆筒或铂金环的润湿角为零度）。

表面张力的计算公式为：

式中：

σ—‒熔体或液体的表面张力（N/m）Fmax—‒最大拉力（N）

r—‒铂圆筒或铂金环平均半径（m）i—‒修正系数，一般为0.91～0.96

δ—‒铂圆筒壁厚（铂环丝直径）

h—‒Fmax/πr2dg，d为熔体或液体的密度，g为重力加速度

（2）滴重法

当熔滴自管口滴落时，熔滴的大小与熔体的密度和表面张力有关。

这就是滴重法的基本原理。

熔体在顺漏斗孔悬挂在管口上时当熔滴的重量超过它的表面张力时，就滴下，通过炉管及下端开口孔落到金属容器中，待冷却后称量。

然后根据滴重、熔滴半径、熔滴体积等计算熔体的表面张力。

三．实验仪器

本实验采用JYW—200A自动界面张力仪。

仪器的结构主要由扭力丝、传感器、铂金环及升降部分组成。

该仪器测量范围为0～199.9mN/m，分辨率为0.1mN/m，具有峰值保持功能，示值相对误差小于±

1%。

四．试样准备

选取好要测试的液体试样，进行必要的混合装入量器内待用。

五．实验内容与步骤

1.实验内容

采用最大拉力法测定待测液体试样的实际表面张力V。

2.实验步骤

（1）调水平

以仪器上的水准泡为准，调节基座上调平旋钮，使仪器水平。

（2）清洁

把铂金环和玻璃杯进行很好的冲洗。

先在石油醚中清洗铂丝圆环，接着用丙酮漂洗，然后在煤气灯或酒精灯的氧化焰中加热、烘干铂丝圆环（用其它的方法也可以）。

在处理铂丝圆环时要特别小心，以免铂金环变形。

然后将铂金环挂在杠杆臂的小钩上。

（3）仪器的校验

将电源插头插在具有可靠接地的外部电源插座上，打开电源开关，稳定15分钟。

安装上挂钩和铂金环，将一纸片放于铂金环上使之形成平面，按下仪器后面复位按钮，放一质量为1000mg砝码，稳定后应显示81.7±

0.5则说明仪器正常，可进行试验。

否则应当用质量法按照以下步骤进行校验：

仪器安装好后，在铂金环上放一小纸片，按下仪器后面板上圆形复位按键大于1秒钟，观察显示值（下排显示）是否在0.0~20.0之间，如超出此范围应调整仪器上盖内的机械（传感器位置）调整旋钮，再按面板上“A”键置零。

调好零，在小纸片上放一定量的砝码，这时显示出一定的力值，这个值如果和计算值一致，说明仪器已调好，如果不一致，按下“S”键，下排显示1230时按“▼”键改成1228，再按“S”键，通过“▲”键、“▼”键修改下排显示数字，加大显示标定值减小，反之增大，随后立即再按下“S”键确认，通过反复调整，使之与计算值一致。

例如把零调好，在纸片上放1000mg的砝码，这时显示值应为81.7±

0.2，若不是此值可调电位器使之达到此值，即可进行液体张力值的测试。

一般若张力值在允许误差范围内可不进行调整。

在仪器初次使用和放置长时间后再使用，或认为测试结果误差较大时要进行仪器的校验。

计算值的计算公式为：

m—‒砝码质量（g）

g—‒本地重力加速度（m/s2）

L—‒铂金环的圆周长（m）

1000mg砝码的计算值

保留小数点后一位，四舍五入。

（4）调零

该试验设备上A键为调零按钮，当准备完毕开始试验前，应将显示调为“0.0”，对于同一试样在短时间内连续做多次试验，期间勿需调零（试验前调一次）。

因为铂金环一旦沾上试样，质量就发生变化，不能调出实际零点。

对于界面张力测定，每次试验前都必须对铂金环进行净化、烘干处理。

无论是表面还是界面张力测定，调零时铂金环必须是净化处理过的。

注：

A键用于置零、“▼”键用于清除峰值（按下保持时间大于1秒有效）。

（5）表面张力的测量

对于测表面张力，把调整到25℃的试样倒入玻璃杯中，20~25mm高，将玻璃杯放在托盘中间位置，按“上升”键，使铂金环深入到液体中5~7mm处，按停止键。

上排显示为峰值自动保持，再按“下降”键，托盘和被测液体开始下降，显示值逐渐增大，最终保持在最大值（在上排显示出来），当铂金环拉出液面，形成的膜破裂后下降自动停止，该最大值就是液体的实测表面张力值P。

（6）界面张力的测量

对于测量水和密度小于水的液体间的界面张力时，铂金环向上移动，而测量水和密度大于水的液体间的界面张力时环即向下移动。

测量水和密度比水小的液体间的界面张力时，先把样品座升高到铂金环浸入水中约为5～7mm的厚度，然后把玻璃杯调节到铂金环处于两种液体的界面处，之后按照表面张力的测量方法进行。

测量水和密度比水大的液体间的界面张力时，铂金环要求作用力向下，把密度大于水的液体放在杯子中，使其深度达到10mm或更深，在这种液体上放进约5mm深度的水，把溶液上升直到铂金环浸入水中，让界面保持30秒钟后，把实验体物质座升高，记下液膜从界面破裂时的最大值，即得到界面的“实测张力值”，然后按“停止”键停止，按“▼”键为峰值清除。

六．实验结果计算

用JYW—200A自动界面张力仪测定液体的表面张力，一般情况下可以直接由显示屏上读取表面张力，但由于表面张力是液体为一个紧张的薄膜时的表面效应，表面张力与表面是相切的，用圆环法测量表面张力时需要考虑到以下两种情况：

A、在测量过程中，液面下降，环是被向上拉起，使液体表面变形，随着液面下降距离的增加，液体的变形也增加，所以由中心到破裂点的半径，小于环的平均直径，其影响结果由环的半径和铂金丝的半径比给出。

B、少量的液体粘附在环的下部，这种影响结果可以用一种函数形式表示，从以上两种影响来看，实际的表面张力就应由测得的表面张力值乘以一个校正因子F。

在该仪器中，按下式计算校正因子F。

P—‒显示屏读数，mN/m

R—‒环半径，0.955cm

C—‒环的周长，0.955×

2×

π=6.00cm

D—‒下相的密度，g/ml（25℃）

d—‒上相的密度，g/ml（25℃）

r—‒铂金丝的半径，0.03cm

在水和气体的情况下，D是水的密度（1g/cm3），d是气体的密度（1.185×

10-3g/cm3）。

实际表面张力V等于测得表面张力P乘以校正因子F