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第5章固体表面与界面一、名词解释1.阳离子交换容量：为PH＝7 时100g干粘土所吸附的离子的毫克当量数2.可塑性：粘土与适当的水混合均匀制成泥团，当其受到高于某一个剪切应力值时，可以塑造成任何形状，这种去除应力能够保持形状。
3.触变性：泥浆的稀释流动状态到泥浆的稠化凝聚状态之间还有一个中间态，通过扰动和摇动，凝固的泥浆又变回流动状态，当停止扰动或摇动，又变回凝固的泥浆4.滤水性：用石膏模型注浆成型时，泥浆形成的固化泥层透过水的能力5.聚沉值：使一定量的胶体溶液在一定的时间内开始凝聚所需要的电解质浓度6.粘土阳离子交换：粘土颗粒吸附的阳离子被溶液中其它浓度大、价数高的阳离子所交换二、填空与选择1．范氏力主要来源于三种不同效应：发生在极性分子和极性分子之间的静电力；发生在极性分子和非极性分子之间的诱导力和发生在非极性分子和非极性分子之间的色散力。
2．不同类型的物体在应力作用下出现的流动形式可有：粘性流动、宾汉流动、塑性流动、假塑性流动和膨胀流动。
3．粘土阳离子交换顺序为 H＋>Al3＋>Ba2＋>Sr2＋>Ca2＋>NH4＋>K＋>Na ＋>Li＋（半径大、电价高交换能力强）。
4．粘土荷电的主要原因有：类质同晶取代、边棱破键和腐殖质电离。
5．水和粘土作用以后，水在粘土胶粒周围随着距离的增大可分为：牢固结合水、疏松结合水和自由水。
（电价低、半径小结合水多）6．当液体与固体相接触，固相不被液体所润湿，则两相的表面张力的关系应是D 。
（ A γSV -γSL >γLV；B γSV >γSL；C γSV -γSL <γLV；D γSV <γSL ）7．离子晶体通常借助表面离子的极化变形和重排来降低其表面能，对于下列离子晶体的表面能，最小的是 PbI 2、 。
（ CaF 2、PbF 2、PbI 2、BaSO 4 、SrSO 4 ）8．粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，当吸附下列不同阳离子后的变化规律以箭头表示（小→大）：−−−−−−−−−−−→−++++++++++Li Na K NH Mg Ca Sr Ba Al H 422223 与这样变化规律有关的性能是 A 。
无机材料科学基础5表面与界面教学文案一、教学内容本节课的教学内容来自于小学科学教材《无机材料科学基础》的第五章，主要涉及“表面与界面”的概念及其特性。
具体内容包括：1. 表面的定义与分类；2. 表面张力及其影响因素；3. 界面现象及其解释；4. 表面处理技术及其应用。
二、教学目标1. 让学生理解并掌握表面与界面的基本概念，了解表面张力及其影响因素。
2. 通过观察和实验，使学生能够发现和解释界面现象。
3. 培养学生对科学知识的兴趣和探究欲望，提高学生的实践操作能力。
三、教学难点与重点重点：表面与界面的概念，表面张力及其影响因素，界面现象的观察与解释。
难点：表面张力的形成机理，界面现象的数学解释。
四、教具与学具准备教具：PPT，实验器材（包括显微镜、放大镜等观察工具）。
学具：实验记录本，彩笔。
五、教学过程1. 情景引入：通过日常生活中的例子（如水滴在叶子上的形状）引入表面的概念，激发学生的兴趣。
2. 知识讲解：讲解表面的定义与分类，重点解释表面张力的概念及其影响因素。
3. 实验观察：让学生用显微镜观察水滴在叶子上的形状，引导学生发现和解释界面现象。
4. 课堂练习：让学生结合实验观察，用彩笔在实验记录本上绘制水滴在叶子上的形状，并尝试用所学的知识解释。
5. 知识拓展：介绍表面处理技术及其在实际应用中的重要性。
六、板书设计板书内容主要包括：表面与界面的概念，表面张力及其影响因素，界面现象的观察与解释。
七、作业设计1. 绘制水滴在叶子上的形状，并用所学的知识解释。
答案：水滴在叶子上的形状是由于表面张力的作用，使水滴尽量减少表面积，形成球形。
2. 查找有关表面处理技术的资料，了解其在实际应用中的重要性。
八、课后反思及拓展延伸课后反思：通过本节课的教学，学生是否掌握了表面与界面的基本概念，是否能运用所学知识解释实际问题。
拓展延伸：表面处理技术在现代工业中的应用，如在制造工艺、材料科学、生物医学等领域的重要作用。
无机材料科学基础第五章表面与界面
第5章固体表面与界面
一、名词解释
1.阳离子交换容量：为PH＝7 时100g干粘土所吸附的离子的毫克当量数
2.可塑性：粘土与适当的水混合均匀制成泥团，当其受到高于某一个剪切应力值时，可以塑造成任何形状，这种去除应力能够保持形状。
3.触变性：泥浆的稀释流动状态到泥浆的稠化凝聚状态之间还有一个中间态，通过扰动和摇动，凝固的泥浆又变回流动状态，当停止扰动或摇动，又变回凝固的泥浆
4.滤水性：用石膏模型注浆成型时，泥浆形成的固化泥层透过水的能力
5.聚沉值：使一定量的胶体溶液在一定的时间内开始凝聚所需要的电解质浓度
6.粘土阳离子交换：粘土颗粒吸附的阳离子被溶液中其它浓度大、价数高的阳离子所交换
二、填空与选择
1．范氏力主要来源于三种不同效应：发生在极性分子和极性分子之间的静电力；发生在极性分子和非极性分子之间的诱导力和发生在非极性分子和非极性分子之间的色散力。
2．不同类型的物体在应力作用下出现的流动形式可有：粘性流动、宾汉流动、塑性流动、假塑性流动和膨胀流动。
3．粘土阳离子交换顺序为 H＋>Al3＋>Ba2＋>Sr2＋>Ca2＋>NH4＋>K＋>Na＋>Li＋（半径大、电价高交换能力强）。
4．粘土荷电的主要原因有：类质同晶取代、边棱破键和腐殖质电离。
5．水和粘土作用以后，水在粘土胶粒周围随着距离的增大可分为：牢固结合水、疏松结合水和自由水。
（电价低、半径小结合水多）
6．当液体与固体相接触，固相不被液体所润湿，则两相的表面张力的关系应是D 。
（ A γ
SV -γ
SL
>γ
LV
；B γ
SV
>γ
SL
；C γ
SV
-γ
SL
<γ
LV
；D γ
SV
<γ
SL
）
7．离子晶体通常借助表面离子的极化变形和重排来降低其表面
能，对于下列离子晶体的表面能，最小的是 PbI
2
、。
（ CaF
2、PbF
2
、PbI
2
、BaSO
4
、SrSO
4
）
8．粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，当吸附下列不同阳离子后的变化规律以箭头表示（小→大）：
−−−−−−−−−−−→−+
++
+++++++Li Na K NH Mg Ca Sr Ba Al H 422223
与这样变化规律有关的性能是 A 。
（ A 泥浆的流动性；B 泥浆的触变性；C 泥浆的滤水性；D 泥团的可塑性；E 泥浆稳定性；F 泥浆浇注时间；G 坯体形成速率；H 粘土的结合水
石在酸性介质中， 边面带 +1 电荷。
（ －2、0、＋1 ）【酸性+1；中性0；碱性-2】
10．同价阳离子所饱和的粘土，其ξ－电位随离子半径减小而 升高 。
（降低、升高、不变）
11．粘土泥浆胶溶必须使介质呈 碱性 ，还必须有 一 价阳离子交换粘土小原来吸附的阳离子。
（ 酸性、碱性、中性、一价、二价、三价 ）
三、什么叫表面张力和表面能? 在固态下和液态下这两者有何差别?
表面张力：表面增大一个单位长度所需要的力 表面能：表面增大一个单位面积所作的功 液态：液态下二者数值相等
固体：只有在通过缓慢的扩散条件下引起界面或者表面的变化时二者才能够相等
四、根据图4-3和表4-3（教材P110）可知，具有面心立方晶格不同晶面（110）、（100）、（111）上，原子密度不同，试回答，哪一个晶面上固-气表面能是最低的？为什么？（111）最低；(110)其次;(100)最高
五、试解释粘土结构水、结合水（牢固结合水、松结合水）、自由水的区别，分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺结构水 牢固结合水 松结合水 自由水 名称
粘土结构中以（OH ）存在的水
靠近内层定向排列的水分子层 介于牢固结合水和自由水之间定
向排列程度差的水分
子
层
松结合水外围的水分子 区别 粘土结构内部 3-10个水分子层 小于20nm 大于20nm 范围
水分子层小于10nm 可塑性好
六、用Na 2CO 3和Na 2SiO 3分别稀释同一种粘土（以高岭石矿物为主）泥浆，试比较电解质加入量相同试，两种泥浆的流动性、注浆速率、触变性和坯体致密的有何差别？
前者无明显变化，后者除了触变性下降，其余均上升
N
U N U n n N U L N
U N U n n N U L N U N U n n N U L ib
is
s
ib is s ib is s 0
0000000046
.0122
-1555.0)1(11052.0124
-1785.0)1(100
45.0126
-1907.0)1(111==-===-===-=）（）（）（）（）（）（γγγ
七、影响粘土可塑性的因素有哪些？生产上可以采用什么措施来提高或降低粘土的可塑性以满足成型工艺的需要。
影响因素1：含水量2：颗粒尺寸3：矿物组成4：吸附阳离子种类
影响方法1：改变泥料处理工艺 2添加塑化剂
九、MgO-Al
2O
3
-SiO
2
系统的低共熔物放在Si
3
N
4
陶瓷片上，在低共
熔温度下，液相的表面张力为900mN/m，液体与固体的界面能为
600mN/m，测得接触角为70.520。
（1）求Si
3N
4
的表面张力；
（2）把Si
3N
4
在低共熔温度下进行热处理，测试其热腐蚀的槽角
为600，求Si
3N
4
的界面能。
γSi
3N
4
=γ（Si
3
N
4
-liquid）+γ（liquid）cosθ
=600+900cos70.520=900
Γ=2γ（Si
3N
4
）cosα=2×900×cos30=1558.8。
