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第二章参考答案1.原子间的结合键共有几种？各自特点如何？2.为什么可将金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题?答:金属晶体中金属原子之间形成的金属键即无饱和性又无方向性, 其离域电子为所有原子共有,自由流动,因此整个金属单质可看成是同种元素金属正离子周期性排列而成,这些正离子的最外层电子结构都是全充满或半充满状态,电子分布基本上是球形对称,由于同种元素的原子半径都相等,因此可看成是等径圆球。
又因金属键无饱和性和方向性, 为使体系能量最低，金属原子在组成晶体时总是趋向形成密堆积结构,其特点是堆积密度大,配位数高,因此金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题.3.计算体心立方结构和六方密堆结构的堆积系数。
(1) 体心立方 a ：晶格单位长度 R ：原子半径a 34R = 34R a =，n=2, ∴68.0)3/4()3/4(2)3/4(23333===R R a R bccππζ (2)六方密堆 n=64. 试确定简单立方、体心立方和面心立方结构中原子半径和点阵参数之间的关系。
解：简单立方、体心立方和面心立方结构均属立方晶系，点阵参数或晶格参数关系为90,=====γβαc b a ，因此只求出a 值即可。
对于（1）fcc(面心立方)有a R 24=, 24R a =， 90,=====γβαc b a(2) bcc 体心立方有：a 34R = 34R a =； 90,=====γβαc b a(3) 简单立方有：R a 2=， 90,=====γβαc b a74.0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp =⋅=⋅R R R R a a c R ππξ＝R a a c 238==5. 金属铷为A2型结构，Rb 的原子半径为0.2468 nm ，密度为1.53g·cm-3，试求：晶格参数a 和Rb 的相对原子质量。
解：AabcN nM=ρ 其中, ρ为密度, c b a 、、为晶格常数, 晶胞体积abc V =，N A 为阿伏加德罗常数6.022×1023 mol -1，M 为原子量或分子量，n 为晶胞中分子个数，对于金属则上述公式中的M 为金属原子的原子量，n 为晶胞中原子的个数。
材料科学导论课后习题答案第一章材料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨,但为什么不能用来制造榔头？答:氧化铝脆性较高,且抗震性不佳。
2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类：黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答：金属:黄铜、镁合金、铅锡焊料;陶瓷：碳化硅;聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯;复合材料:混泥土、玻璃钢3.下列用品选材时，哪些性能特别重要?答:汽车曲柄：强度，耐冲击韧度，耐磨性,抗疲劳强度;电灯泡灯丝:熔点高,耐高温，电阻大;剪刀:硬度和高耐磨性,足够的强度和冲击韧性；汽车挡风玻璃：透光性,硬度；电视机荧光屏：光学特性，足够的发光亮度。
第二章材料结构的基础知识1.下列电子排列方式中,哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属? （1）1s22ｓ2２p6 3s2 3p6 3d7 4ｓ2（2）１s2２s2２ｐ６3ｓ2 3ｐ6(3）１s２2s2２p5(４）1s２2s2 2p63ｓ2(５)1s2 2s2 2ｐ６3s2 3p6３d2 4s2(6）１s２2s2２p63s23p6 4ｓ1答:惰性元素：(2）；卤族元素:（3）；碱族：(6)；碱土族：（4);过渡金属：(1)，(5)2.稀土族元素电子排列的特点是什么？为什么它们处于周期表的同一空格内?答:稀土族元素的电子在填满6s态后，先依次填入远离外壳层的4f、5d层,在此过程中,由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化,这些元素具有几乎相同的化学性质,故处于周期表的同一空格内．3.描述氢键的本质，什么情况下容易形成氢键?答:氢键本质上与范德华键一样,是靠分子间的偶极吸引力结合在一起.它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子(或原子团)之间的结合所形成的物理键。
当氢原子与一个电负性很强的原子(或原子团)Ｘ结合成分子时,氢原子的一个电子转移至该原子壳层上；分子的氢变成一个裸露的质子,对另外一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力,与Y之间形成氢键。
第二章材料的结构(含答案)一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、内部原子按一定规律排列的物质叫________。
答案：晶体2、金属晶体在不同方向上具有不同性能的现象叫________。
答案：各向异性3、常见的金属晶格类型有________、________、________三种。
答案：体心立方、面心立方、密排六方4、常见的金属晶格类型有三种，α-Fe、Cr、W、Mo、V的晶格属于________。
答案：体心立方5、表示晶体中原子排列的空间格子叫做________，组成空间格子的最基本的几何单元叫做________。
答案：晶格、晶胞6、实际金属结构中的点缺陷包括________、________和________；它们可使金属的强度________。
答案：间隙原子、置换原子、空位、提高7、工程材料的结合键有________、________、________和________四种。
答案：离子键、共价键、金属键、分子键8、三种常见金属晶格类型为________、________和________。
答案：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；9、按溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体可分为________和________两种。
答案：置换固溶体、间隙固溶体10、面心立方晶格中，晶胞的原子数为________，致密度为________。
答案：4、0.7411、位错分为两种，它们是________和________；多余半排原子面的是________位错。
答案：刃型位错、螺型位错、刃型位错12、相是指金属或合金中成分________，结构________，并由________与其它部分分开的均匀组成部分。
答案：相同、相同、界面13、合金中成分、结构和性能相同的组成部分称为________。
答案：相14、按其几何形式的特点，晶格缺陷可分为________、________和________。
答案：点缺陷、线缺陷、面缺陷15、体心立方晶格中，晶胞的原子数为________，原子半径与晶格常数的关系为________，致密度为________。
太原理工大学材料科学基础习题及参考答案第一章原子结构与结合键习题1-1计算下列粒子的德布罗意波长：(1) 质量为10-10 kg，运动速度为0.01 m·s-1的尘埃；(2) 速度为103 m/s的氢原子；(3) 能量为300 eV的自由电子。
1-2怎样理解波函数ψ的物理意义？1-3在原子结构中，ψ2和ψ2dτ代表什么？1-4写出决定原子轨道的量子数取值规定，并说明其物理意义。
1-5试绘出s、p、d轨道的二维角度分布平面图。
1-6多电子原子中，屏蔽效应和钻穿效应是怎样影响电子的能级的？1-7写出下列原子的基态电子组态（括号内为原子序号）：C (6)，P (15)，Cl (17)，Cr (24) 。
1-8 形成离子键有哪些条件？其本质是什么？1-9 试述共价键的本质。
共价键理论包括哪些理论？各有什么缺点？1-10 何谓金属键？金属的性能与金属键关系如何?1-11 范德华键与氢键有何特点和区别？参考答案：1-1 利用公式λ = h/p = h/mv 、E = hν计算德布罗意波长λ。
1-8 离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原子相互作用时，产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。
1-9 共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。
共价键理论包括价键理论、分子轨道理论和杂化轨道理论。
1-10 当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时，由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属建。
由于存在自由电子，金属具有高导电性和导热性；自由电子能吸收光波能量产生跃迁，表现出有金属光泽、不透明；金属正离子以球星密堆方式组成，晶体原子间可滑动，表现出有延展性。
第二章材料的结构习题2-1定义下述术语，并注意它们之间的联系和区别。
晶系，空间群，平移群，空间点阵。
2-2名词解释：晶胞与空间格子的平行六面体，并比较它们的不同点。
2-3 (1) 一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b和6c，求出该晶面的米勒指数。
第二章材料的结构Chapter 2 Structure of materials1. 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？How many kinds of binding bonds among atoms? What are their characteristics?原子间的结合键共有5种，分别是金属键、离子键、共价键、氢键和范德华键。
There are five kinds of binding bonds among atoms, namely, metallic bond, ionic bond, covalent bond, hydrogen bonding and van der Waals bond.1）金属键是金属中的正离子和自由电子之间形成的键合。
其特点是电子共有化，可以自由流动。
金属键无方向性和饱和性。
金属键合力较强，键能为几百kJ/mol。
Metallic bond is formed between the positive ions and free electrons. Metal bond is characterized by many sharable electrons and free mobile electrons. It is nondirectional and unsaturated. Metal Binding force in metal bond is strong and the bond energy may up to hundreds of kJ / mol. 2）离子键是正负离子之间由于静电吸引而形成的键合，离子键无方向性也无饱和性，配位数高。
离子键具有较强的键合力，键能为几百到几千kJ/mol。
Ionic bond is formed through electrostatic attraction between oppositely charged ions. It is nondirecitonal and unsaturated. It has high coordination number, and the bond force may up to several hundreds to thousands of kJ/mol.3）共价键是原子间共用电子对而形成的键合，有方向性和饱和性，配位数低。
共价键的键强度较高，键能通常为几百kJ/mol。
Covalent bond is formed by sharing of pairs of electrons between atoms. It is directional and saturated. It has small coordination number and the bond energy is several hundreds of kJ/mol.4）氢键是由氢原子与电负性较大的原子之间形成的X—H…Y的键合。
具有方向性和饱和性。
氢键的键合较弱，一般为几十kJ/mol，但是对材料性能的影响较大。
Hydrogen bond is formed between hydrogen atom and two electronegative atoms such as N—H…O. It is directional and saturated. The hydrogen bond is weak, and it is only dozens of kJ/mol，but is has much influence on the materials’ proper ties.5）范德华键是分子间形成的一种作用力，其键能很弱，为几到几十kJ/mol。
不具有方向性和饱和性。
作用范围在几百个皮米之间。
它对材料的沸点、熔点、汽化热、熔化热、溶解度、表面张力、粘度等物理化学性质有决定性影响。
The van der Waals force is the sum ofattractive or repulsive forces between molecules. It is weak and the bond energy is several to dozens of kJ/mol. The van der Waals force is nondirectional and unsaturated, and the range of the force is only several hundreds of picometers. It has much influence on material’s boiling point, melting point, heat of vaporization and fusion, solubility, surface tension, viscosity and other physical and chemical properties.2.为什么可将金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题？Why the structure of metallic single matter can be considered as the close-packed accumulation of balls with equal radius?答：金属键是由金属阳离子和自由电子形成的结合键，它既无方向性，也无饱和性。
因此，金属晶体中的原子不存在受临近质点的异号电荷限制和化学量比的限制，在一个金属原子的周围可以围绕着尽可能多的又符合几何图形的临近原子。
这样的结构由于充分利用了空间，从而使体系的势能尽可能降低，使体系稳定，故金属晶体具有较高的配位数。
综合以上原因，可将金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题。
Metallic bond is formed between the positive metallic ions and free electrons. It is nondirectional and unsaturated. Therefore, the atoms in metal are not limited by the opposite charges on neighboring particles or by stoichiometric ratio. Atoms can be around as many as possible around a metal atom. In such a structure, the space is fully utilized, so as to minimize the potential energy of the system, so the system is stable, and the metal crystals always have high coordination number. For these reasons, the structure of metallic single matter can be considered as the close-packed accumulation of balls with equal radius?3. 计算体心立方结构和六方密堆结构的堆积系数。
Please calculate the accumulation factor of body-centered cubic and hexagonal close-packed structure.1）体心立方结构2）六方密堆结构1) body-centered cubic 2) hexagonal close-packed structure 4. 试确定简单立方、体心立方和面心立方结构中原子半径和点阵参数之间的关系。
Please determine the relationship between the atomic radius and lattice parameter in simple cubic, body-centered cubic and face-centered cubic structure.1）简单立方结构a=b=c=2R a =β =γ = 90°2）体心立方结构如题3的图，则a=b=c=2.309 a =β =γ = 90°3）面心立方结构点阵参数为a=b=c=2.829 a =β =γ = 90°5.金属铷（Rb）为A2型结构，Rb的原子半径为0.2468 nm，密度为1.53g/cm3，试求晶格参数a和Rb的相对原子质量。
Structure of rubidium (Rb) belongs to A2-type, the atomic radius of Rb is 0.2468 nm, the density is 1.53g/cm3, please calculated the lattice parameter a and the relative atomic mass of Rb.答：A2型结构为体心立方结构，则a=(4/1.732)×R＝0.57 nm 镍的晶格参数为a=b=c=0.57 nm a =β =γ = 90°单位晶胞原子数为2设其相对原子质量为M g/mol，则ρ＝m/V=(2/N A)×M/V N A=6.02×1023个/molV=a3=(0.57 nm)3已知ρ＝1.53 g/cm3代入得M=85.3 g/molAnswer: A2 type structure is body-centered cubic, as shown in the figure. From the figure, we can get that a=(4/1.732)×R＝0.57 nm. The number of atoms in unit cell is 1+8×(1/8)=2. According to the formulaρ＝m/V=(2/N A)×M/V, and as is known, N A=6.02×1023个/mol, V=a3=(0.57 nm)3,ρ＝1.53 g/cm3, so M=85.3 g/mol, that is to say, the relative atomic mass of Rb is 85.3 g/mol.6. FCC结构的镍原子半径为0.1243 nm，试求镍的晶格参数和密度。
