习题-表面与界面

表面与界面习题参考第四章习题课1、表面力的存在及对晶体结构的影响(表面双电层)2、界面行为弯曲表面效应ΔΡ＝γ(1/r1+1/r2)ΔG1＝γSL－(γLV＋γSV)W＝γLV＋γSV－γSL润湿张力：F＝γLVcosθ＝γSV－γSL－ΔG＝γLVcosθ＝γSV－γSL附着润湿铺展润湿浸渍润湿润湿与粘附固－固－气界面张力平衡关系：SVSSγγψ212cos=固－固－液界面张力平衡关系：SLSSγγφ212cos=3、界面流动性稳定性触变性可塑性4粘土-水系统粘土的荷电性粘土的离子吸附与交换粘土胶体的电动性质(ζ-电位)粘土水系统的胶体性质4－2MgO-Al2O3-SiO2系统的低共熔物放在Si3N4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Si3N4的表面张力；(2)把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测试其热腐蚀的槽角为600，求的晶界能？解：(1)cos70.52600mN/m900mN/mLVSLSV0SLLVθγγγθγγ+=∴=＝＝已知＝600＋900×cos70.520＝901mN/m`SS060)2(γψ求：，＝已知mmNSS/1559222cos=××=0SV60cos9012ψγγ＝4－3氧化铝瓷件中需要被银，已知1000℃时＝1.00mN/m,γ(Ag.L)=0.92mN/m;=1.77mN/m,问液态银能否润湿氧化铝瓷件表面？可以用什么方法改善它们之间的润湿性？)./.(32SOAlLAgγ).(32SOAlγ解：已知γ(Ag.L)=0.92mN/m;=1.77mN/m,1.00mN/m).(32＝SOAlγ)./.(32SOAlLAgγ09.146837.092.077.100.1cos=∴−=−=−=∴φγγγφVLSLSV说明：液态银不能润湿氧化铝瓷件表面。改善方法：1、去除固体表面的吸附膜，提高γSV2、降低γSL3、改变粗造度4－4根据图4-3和表4-3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－气表面能将是最低的？为什么？解：由表面能公式)1(00ibissnnNUL−=γLS为1m2表面上的原子数；nis表示第i个原子在晶体表面最邻近的原子数nib表示晶体体内最邻近的原子数，nib＝12;构造结晶面表面密度最邻近原子数(111)0.9076面心立方(100)0.7854(110)0.5552NU/45.0)1261(NU0.90700111=−＝表面能γNU/53.0)1241(NU0.78500100=−＝γNU/46.0)1221(NU0.55500110=−＝γ由此知(111)面即原子密排面上表面能最低。4－5试解释粘土结构水、结合水(牢固结合水、疏松结合水)、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性能的影响？分结合水内类结构水自由水容牢固结合水疏松结合水以OH基形吸附在粘土矿物粘土表面定向排列过粘土胶团外式存在于粘层间及表面的定渡到非定向排列的水的非定向水土晶格结构向水分子层，它层，它处于胶粒的扩分子层内的水与粘土胶粒形成散层内整体并一起移动在晶格内3～10水分子层20nm20nm脱水后粘密度大，热容小土结构破坏介电常数小，冰点低流动性加水量一定时，结合水/自由水值小，流动性好可塑性粘土胶粒水膜厚度约在10nm(约30水分子层)时可塑性最好定义作用范围特点4－8若粘土粒子是片状粒子。长度分别为10、1.0、0.1μm，长度是其厚度的10倍。求粘土颗粒平均距离在吸力范围2nm时，粘土体积浓度？解：)2()2(a22lhlah++＝总体积固体体积aha+2lh+2lmlmhmμμμ311102110a－已知×===.5%99100)1041()104(10110C3-23-21％＝＝体积浓度××+×+×同理可得C2＝95.4%C3=66.2%4－6一个均匀的悬浮液，粘土浓度为30Vol％，薄片状粘土颗粒尺寸是平均直径0.1μm,厚度0.01μm,求颗粒间平均距离是多少？解：设颗粒厚度与宽度方向上水膜厚度相等为lnmlll5.7)2100()(1000/2100(1000/2)3022=∴++×ππ％＝1000+2l100+2l1000100所以颗粒间平均距离为2l=15nm4－7粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，指出粘土吸附下列不同阳离子后的性能变化规律，(以箭头→表示由小到大)H＋Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+(1)离子置换能力(2)粘土的ζ-电位(3)粘土的结合水(4)泥浆的流动性(5)泥浆的稳定性(6)泥浆的触变性(7)泥团的可塑性4－9用Na2CO3和Na2SiO3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时，两种泥浆的流动性、注浆速率、触变性和坯体致密度有何差别？比较Na2CO3Na2SiO3流动性差好触变性大小稀释范围较窄较宽注浆速率快慢注件性能疏松较软，易塌陷强度高，硬化快易开裂外硬内软内外水分一致脱模性易难电解质质量易潮解成NaHCO3稳定常用量0.1~0.250.35~0.5补充练习1、1g石英当它粉碎(在湿空气中)成每颗粒半径为1μm的粉末时质量增加至1.02g，它的吸附水膜厚度为多少？(石英密度为2.65g/cm3)分析：吸附前后颗粒总数不变。解：1g石英所占体积1/2.65=0.3774cm3/g一粒石英所占体积4/3πr3=4/3(10-4)3=4.188×10-12cm31g石英含粒子数个＝－101210910188.43774.0××吸附水后1g石英所占的体积gcm/3849.02.65.0213=吸附水后每粒石英所占的体积31210104.281093849.0cm－＝××吸附水后每粒石英的半径1007nm/34104.28312-＝＝π×r吸附水膜厚度＝1007－1000＝7nm2、假定边长为0.0001cm的NaCl正六面体，每个表面钠离子有一个(OH)-的吸附位置，试问每克NaCl能吸附多少个(OH)-离子？已知：a0=0.56nmρ=2.16g/cm3解：先计算每克NaCl的表面积a0=0.56nm32323/66d/cmcmcmddNaCl=＝表面积gcmddNaCl/61.6/g2ρρ=＝表面积NaCl是立方面心结构，求每克NaCl表面上的Na+离子数2202/cm/1/cmNa离子离子数表面a=+/g109.0)100.56(2.160.000161.6/gNa192720个离子＝离子数表面－×=×××=+adρ由题可知，每克NaCl能吸附0.9×1019个(OH)-离子。3、在注浆成型的泥浆中常搭配一些回坯泥(其中含少量石膏屑)，结果使泥浆变稠，欲降低泥浆粘度应采取什么措施？答：回坯泥中含少量石膏屑使泥浆发生如下反应：↓+−⇔+−3423242Na22CaSOCaSiOSONaSiONaCa粘土＋粘土＋由于Na2SO4可溶，要使反应向右移动必须加入大量Na2SiO3，但如果加入少量BaCO3,则反应如下：↓+↓+↓−→++−3343234aCaSOCaCOCaSiOSOBNaSiONaBaCOCa粘土＋粘土＋反应结果生成三种难溶盐及流动性好的Na-粘土。4、试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。答：因为γSS晶界能与γSV表面能有以下关系：210/2cos2/cos2SSSVSVSSγγϕϕγγ≤=所以～而＝5、试分析影响泥浆流动性和触变性的诸因素。6、影响粘土可塑性的因素有哪些？生产上可以采取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？填空题：1、流变学是研究________的一门学科。不同类型的物体在应力作用下出现的流动形式可有_____、_____、______、_____和____等。2、范得华力主要来源于三种不同的效应：(1)发生在___和____之间的____力；(2)发生在___和____之间的____力和(3)发生在___和____之间的____力。三种力均与分子间距离的____次方成反比。分子引力的作用范围一般约在____nm以内。3、1850℃时固态Al2O3的表面能是905尔格/厘米2，直径为1微米的Al2O3微粒的内外压差是____。4、同价阳离子所饱和的粘土，其ζ-电位随离子半径减小而()A、降低B、升高C、改变符号5、晶体的表面能与所显露的那个晶面有关，密排的晶面表面能()A、最低B、最高C、适中6、粘土粒子破键引起的荷电与溶液介质的PH值有关，高岭石在酸性介质中，边面带()电荷。A、－2B、0C、＋17、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)：H＋Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+与这样变化规律有关的性能是：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8、高岭石薄片的平均直径为0.9μm，其厚度为0.1μm。在其板面上吸附层厚度为3nm；在边面上是20nm,则由于吸附而使颗粒增加的有效体积％是():A、～10％B、～12％C、～13.5%D、~15%答案：4、B5、A6、C7、A8、C