硅酸鹽晶體化學(xué)

前言

硅酸鹽晶體化學(xué)是以硅酸鹽材料的工業(yè)原料及其產(chǎn)品為主要研究對象的一門科學(xué)，是將傳統(tǒng)的硅酸鹽科學(xué)與研究天然礦物的結(jié)晶礦物學(xué)、研究微觀結(jié)構(gòu)的高科技儀器和專用于研究結(jié)晶學(xué)的計算機(jī)軟件有機(jī)地緊密結(jié)合起來而形成的一門新興學(xué)科。結(jié)構(gòu)決定性能。硅酸鹽材料的種種特性如（亞）晶界、缺陷、晶體取向、顆粒邊界和孔隙度等，均可從其微觀結(jié)構(gòu)方面人手，通過對硅酸鹽材料工業(yè)原料和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析研究，查明顯微結(jié)構(gòu)變化特征與生產(chǎn)過程中的不同溫度和氣氛等條件的內(nèi)在聯(lián)系，以確定由于外界條件和物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)引起物質(zhì)性能改變的原因，找出改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、研制新產(chǎn)品、材料改性以及硅酸鹽工業(yè)節(jié)能減排的新途徑，促使硅酸鹽工業(yè)向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型及低碳經(jīng)濟(jì)時代邁進(jìn)。目前，缺乏在結(jié)構(gòu)方面，尤其是微觀結(jié)構(gòu)與性能方面系統(tǒng)研究硅酸鹽材料的專業(yè)人才。因此，本書建立在結(jié)晶學(xué)、固體物理、材料科學(xué)以及檢測儀表學(xué)等眾多學(xué)科基礎(chǔ)之上，以硅酸鹽材料的晶體結(jié)構(gòu)和性能為主體，跟蹤世界最新的科學(xué)研究成果，結(jié)合硅酸鹽材料的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的需要，細(xì)致、全面地講解硅酸鹽材料的結(jié)構(gòu)對性能的影響。編者在撰寫過程中力求使本書做到理論完善、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、文字精練、圖形清楚、思路清晰，分別從水泥、玻璃、陶瓷三個方面闡述，以水泥為代表較為深入地研究了硅酸鹽材料的晶體化學(xué)。本書首先從結(jié)晶學(xué)、晶體結(jié)構(gòu)和晶體的生長與缺陷等基礎(chǔ)知識人手，結(jié)合晶體化學(xué)的基本原理，向讀者展開晶體化學(xué)研究的畫卷，由淺人深地展現(xiàn)編者在硅酸鹽晶體化學(xué)方面的研究成果，隨時導(dǎo)人在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的難點(diǎn)和解決方法，繞開一些研究和生產(chǎn)中的誤區(qū)。本書可供材料科學(xué)、晶體學(xué)、固體物理、晶體化學(xué)、硅酸鹽材料、硅酸鹽結(jié)構(gòu)學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域的研究人員、硅酸鹽生產(chǎn)的技術(shù)人員以及研究生使用，也可供硅酸鹽相近專業(yè)的其他學(xué)科的研究人員參考。本書由湖北工業(yè)大學(xué)田鍵編著。由王金地、肖高強(qiáng)等負(fù)責(zé)文字錄入和圖形整理工作。全書由田鍵統(tǒng)稿。本書的審稿過程中得到了中國地質(zhì)大學(xué)陳敬中教授、武漢理工大學(xué)馬保國教授等知名學(xué)者的大力支持，同時還得到了河海大學(xué)張鳳臣副教授、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所博士研究生操齊高等同仁的全力配合，謹(jǐn)致衷心感謝。本書在編寫過程中引用了部分專家的研究成果，謹(jǐn)向這些專家、學(xué)者付出的勞動表示誠摯的感謝！限于編者的水平有限，書中難免有不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《硅酸鹽晶體化學(xué)》以硅酸鹽材料為研究對象，以微觀結(jié)構(gòu)為主要研究手段，結(jié)合結(jié)晶學(xué)等相關(guān)學(xué)科，重點(diǎn)闡述了結(jié)構(gòu)對水泥、玻璃、陶瓷等性能的影響。第一、二、三章是結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，第四、五、六、七、八章是對詳細(xì)水泥結(jié)構(gòu)和性能的剖析，第九、十章是關(guān)于玻璃、陶瓷的性能分析，最后一章對世界結(jié)構(gòu)最新研究手段——EBSD作了初步介紹。

書籍目錄

第1章 幾何結(jié)晶學(xué)1.1 幾何結(jié)晶學(xué)研究史1.2 晶體、非晶質(zhì)體與準(zhǔn)晶體1.2.1 晶體1.2.2 非晶質(zhì)體的概念1.2.3 準(zhǔn)晶體的概念1.2.4 晶體的內(nèi)部構(gòu)造1.3 晶體的性質(zhì)1.3.1 自限性1.3.2 均一性1.3.3 異向性1.3.4 對稱性1.3.5 最小內(nèi)能性1.3.6 穩(wěn)定性1.4 晶體的幾何對稱性1.4.1 對稱要素及對稱操作1.4.2 對稱要素的組合一32種對稱型（點(diǎn)群）1.4.3 單形和聚形1.4.4 晶體定向、晶面符號和晶棱符號本章小結(jié)第2章 晶體結(jié)構(gòu)的空間幾何2.1 晶體結(jié)構(gòu)的空間格子2.1.1 空間格子2.1.2 14種空間格子（布拉維格子）2.2 晶體結(jié)構(gòu)的對稱性2.2.1 滑移面2.2.2 平移軸2.2.3 螺旋軸2.3 晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與幾何外形	2.3.1 晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.3.2 晶體的幾何外形2.3.3 230種空間群2.4 等效點(diǎn)系2.4.1 等效點(diǎn)系符號2.4.2 c1-Pmm2的等效點(diǎn)系2.4.3 D14-P42/mnm的等效點(diǎn)系2.4.4 等效點(diǎn)系與單形對比本章小結(jié)第3章 晶體生長3.1 晶體的成核與生長3.1.1 晶核的形成3.1.2 熔體中晶體的生長3.1.3 相界面狀態(tài)及穩(wěn)定性3.2 燒結(jié)過程中的晶體生長3.2.1 一次再結(jié)晶3.2.2 多結(jié)晶體中正常結(jié)晶粒成長和二次再結(jié)晶3.3 晶體的規(guī)則連生本章小結(jié)第4章 晶體化學(xué)基本原理4.1 晶體中的化學(xué)鍵4.2 離子晶格與晶格能4.3 離子類型與離子半徑4.3.1 離子類型4.3.2 原子半徑與離子半徑4.4 緊密堆積原理4.4.1 球體最緊密堆積原理4.4.2 等大球體的最緊密堆積4.4.3 非等大球體的緊密堆積4.4.4 緊密堆積原理的化合物4.5 配位數(shù)和配位多面體4.5.1 配位數(shù)4.5.2 配位多面體4.5.3 配位數(shù)與離子半徑的關(guān)系4.6 化學(xué)鍵性與晶格類型4.6.1 晶體中的鍵性4.6.2 晶格類型4.6.3 離子的極化4.6.4 結(jié)晶化學(xué)定律4.6.5 鮑林規(guī)則4.7 典型無機(jī)化合物的晶體結(jié)構(gòu)4.7.1 AX型晶體4.7.2 AX，型晶體4.7.3 A2X3型晶體4.7.4 ABO，型晶體4.7.5 AB2O2型晶體4.8 類質(zhì)同像4.8.1 類質(zhì)同像的概念4.8.2 類質(zhì)同像的類型4.8.3 類質(zhì)同像的影響因素4.8.4 類質(zhì)同像的研究意義4.9 同質(zhì)多像4.9.1 同質(zhì)多像的概念4.9.2 同質(zhì)多像轉(zhuǎn)變4.9.3 同質(zhì)多像的研究意義4.10 多型性4.10.1 多型性概念4.10.2 多型的表示方法4.10.3 多型研究的意義4.11 有序一無序4.11.1 有序一無序的概念4.11.2 有序一無序的類型4.11.3 有序一無序轉(zhuǎn)變4.11.4 有序一無序的研究意義4.12 晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)與晶型的關(guān)系本章小結(jié)第5章 硅酸鹽礦物的晶體化學(xué)分類5.1 硅酸鹽礦物的化學(xué)組成5.1.1 形成硅酸鹽礦物的造種元素5.1.2 硅酸鹽礦物的陽離子配位5.1.3 硅酸鹽礦物的陰離子特征5.2 硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)特征5.2.1 硅氧骨干的特征5.2.2 陽離子配位的特征5.3 硅酸鹽礦物的分類5.3.1 島狀基型硅酸鹽礦物5.3.2 環(huán)狀基型硅酸鹽礦物5.3.3 鏈狀基型硅酸鹽礦物5.3.4 層狀基型硅酸鹽礦物5.3.5 層架狀基型硅酸鹽礦物5.4 硅酸鹽礦物中的晶體結(jié)構(gòu)缺陷5.4.1 點(diǎn)缺陷5.4.2 位錯（線缺陷）5.4.3 面缺陷5.4.4 晶體表面、界面5.4.5 晶體缺陷的研究方法5.4.6 晶體缺陷研究的意義本章小結(jié)第6章 硅酸鹽礦物中的過渡性晶體結(jié)構(gòu)6.1 硅酸鹽礦物中的過渡性晶體結(jié)構(gòu)6.2 黑云輝閃石6.2.1 黑云輝閃石礦物間的結(jié)構(gòu)關(guān)系6.2.2 輝閃石中的非周期結(jié)構(gòu)6.2.3 非周期結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理6.3 礦物中的調(diào)幅結(jié)構(gòu)6.3.1 調(diào)幅結(jié)構(gòu)的概念6.3.2 與結(jié)構(gòu)畸變有關(guān)的調(diào)幅結(jié)構(gòu)6.3.3 與成分變化有關(guān)的調(diào)幅結(jié)構(gòu)6.4 反相晶疇結(jié)構(gòu)6.4.1 輝石礦物的反相晶疇結(jié)構(gòu)6.4.2 斜長石中的反相晶疇非周期結(jié)構(gòu)6.5 層狀硅酸鹽礦物中的非周期結(jié)構(gòu)6.5.1 規(guī)則、無規(guī)則混層6.5.2 一些常見的混層礦物本章小結(jié)第7章 硅酸鹽晶體化學(xué)的定量分類7.1 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的研究階段7.1.1 第一階段：硅酸鹽結(jié)構(gòu)類型及硅酸鹽體系形成7.1.2 第二階段：大、小離子對硅氧骨干及折曲程度控制作用的研究……第8章 硅酸鹽水泥中物相的晶體化學(xué)第9章 陶瓷材料晶體化學(xué)第10章 玻璃材料的晶體化學(xué)第11章 電子背散射衍射技術(shù)在硅酸鹽晶本化學(xué)中的應(yīng)用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.3.6穩(wěn)定性在相同的熱力學(xué)條件下，化學(xué)成分相同的物質(zhì)以不同的物理狀態(tài)存在時，結(jié)晶狀態(tài)最為穩(wěn)定。晶體的穩(wěn)定性是晶體具有最小內(nèi)能性的必然結(jié)果，晶體中質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置上振動，晶體是-個穩(wěn)定體系。非晶質(zhì)體不穩(wěn)定，或僅是準(zhǔn)穩(wěn)定的，有自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的必然趨勢。在不同的自然環(huán)境或熱力學(xué)環(huán)境中，化學(xué)組成及內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同的晶體，總是生長成一種或幾種固定的幾何多面體外形。也就是說，晶體生長總帶有一定的結(jié)晶習(xí)性。晶體最終長成的形態(tài)總是被面網(wǎng)密度大的晶面（亦即比表面能小的晶面）所包圍。布拉維指出：面網(wǎng)密度小的晶面，其垂直方向上生長速度快；而面網(wǎng)密度大的晶面，其垂直方向上生長速度慢。這種相對生長的速度差，會造成面網(wǎng)密度大的晶面逐漸增大而最終保留為晶體表面，而面網(wǎng)密度小的晶面反而會逐漸縮小甚至消失。例如，利用石英晶體生產(chǎn)石英玻璃時，需加熱到1600℃以上，便可知從石英的晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為石英的玻璃狀態(tài)要積蓄大量的熔解潛熱。熔解潛熱可以定性地理解為離子從自由態(tài)進(jìn)入晶體格子構(gòu)造狀態(tài)時所釋放出的能量，離子獲得了比在晶體狀態(tài)更大的自由度便形成了玻璃。反之，玻璃生產(chǎn)過程中玻璃析晶的產(chǎn)生，從能量觀點(diǎn)解釋，是玻璃中局部能量得以散失的結(jié)果。常溫下玻璃的析晶作用說明玻璃有趨于穩(wěn)定態(tài)——結(jié)晶態(tài)的傾向。結(jié)晶體和一切非晶質(zhì)體比較，從能量觀點(diǎn)看具有最小內(nèi)能；從構(gòu)造觀點(diǎn)看具有最緊密堆積的格子構(gòu)造，這就是晶體的穩(wěn)定性原因。而氣體、液體的流動性，正是由于它們有相當(dāng)大的內(nèi)能以及內(nèi)部構(gòu)造的疏松無序。1.4晶體的幾何對稱性面角恒等定律是晶體外形的幾何規(guī)律之一。晶體在實(shí)際生長的過程中，由于受各種不同的生長環(huán)境的影響，即使是同種晶體，同種晶面，其最后發(fā)育的結(jié)果亦會有所不同，因而使晶體外形本應(yīng)具有的對稱特點(diǎn)往往被掩蓋起來。但面角恒等定律及晶體測量、投影工作，可以把被掩蓋了對稱特點(diǎn)的真實(shí)晶體，恢復(fù)成一種所謂理想的晶體形態(tài)——單形或聚形。晶體不同，其理想晶形也不同。所以把真實(shí)晶體復(fù)原至理想形態(tài)，可以達(dá)到鑒別晶體的目的。另外，只有知道了晶體的理想形態(tài)，才能知道真實(shí)晶體形態(tài)的變異程度，這對于分析晶體生長環(huán)境、分析硅酸鹽產(chǎn)品的工藝條件也是一個很重要的方面。

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《硅酸鹽晶體化學(xué)》是由武漢大學(xué)出版社出版的。

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