篇硅酸鹽物理化學基礎



章熱力學基礎2



節熱力學基本概念2



一、體繫和環境2



二、狀態和狀態函數2



三、過程和途徑3



四、功和熱3



第二節熱力學函數的性質及其關繫式3



一、熱力學函數的定義3



二、熱力學函數關繫式6



三、吉布斯-亥姆霍茲方程式8



第三節化學反應熱效應8



一、反應熱效應9



二、熱化學方程式9



三、蓋斯定律10



四、標準生成焓10



五、標準燃燒焓11



六、熱效應與溫度的關繫11



七、相變過程和相變焓12



第四節標準摩爾熵及熵變的計算13



一、標準摩爾熵13



二、熵變的計算14



三、化學反應的熵變計算15



第五節標準摩爾吉布斯自由能及其改變量的計算15



一、標準摩爾吉布斯生成自由能15



二、吉布斯自由能變的計算15



三、化學反應吉布斯自由能變的計算16



第六節偏摩爾量與化學勢16



一、偏摩爾量16



二、化學勢17



第二章典型氧化物及硅酸鹽的晶體結構19



節典型氧化物晶體結構19



一、AB型化合物結構19



二、AB2型化合物結構21



三、A2B3型結構23



四、ABO3型結構24



五、尖晶石型結構25



六、氧化物結構的一般規律27



第二節硅酸鹽晶體結構27



一、硅酸鹽化學組成的表示法27



二、硅酸鹽晶體結構的特點28



三、硅酸鹽晶體結構的類型28



第三章晶體結構缺陷37



節點缺陷37



一、點缺陷的類型37



二、點缺陷的表示方法38



三、點缺陷的化學反應表示法39



四、熱缺陷濃度40



第二節固溶體42



一、固溶體的概念42



二、固溶體的分類42



三、置換型固溶體44



四、間隙型固溶體45



第三節非化學計量化合物46



一、非化學計量化合物的概念46



二、非化學計量化合物的類型46



第四節線缺陷48



一、位錯的概念49



二、位錯的基本類型和特征49



第五節面缺陷51



一、表面缺陷51



二、晶界缺陷51



三、相界缺陷52



第四章相平衡53



節相平衡的基本概念與相律53



一、體繫53



二、相53



三、組分54



四、自由度和自由度數54



五、外界影響因素54



六、相律54



第體繫55



體繫的相律55



二、具有同質多晶轉體繫相圖55



三、可逆多晶轉變與不可逆多晶轉體繫相圖56



第體繫57



體繫相圖的相律及相圖表示方法57



相圖中的組成表示法57



體繫相圖的基本類型58



第體繫69



體繫的相律及相圖表示方法69



體繫組成的表示方法69



三、濃度三角形中的幾個規則70



體繫相圖的基本類型73



五、分析復雜相圖的主要步驟86



第二篇硅酸鹽體繫反應熱力學



第體繫88



節SiO2體繫88



一、SiO2的主要存在狀態及特征88



二、SiO2的主要變體88



三、SiO2變體的體積變化89



四、SiO2的高壓變體91



五、射線輻射對SiO2變體的影響91



六、SiO2原料及其材料92



第二節Al2O3體繫92



一、Al2O3的主要變體93



二、Al2O3·nH2O的加熱脫水變化94



三、不同介質環境中Al2O3及其水化物的相關繫94



四、Al2O3原料及其材料96



第三節FeO(Fe2O3)體繫98



一、氧化鐵繫的相變化99



二、鐵的價態與氧逸度的關繫99



三、高溫-高壓下Fe-FeO相圖100



四、FeO的結晶變體及其磁性特征101



五、氧化鐵繫礦物原料及其材料101



第四節CaO和MgO體繫102



一、MgCO3與CaCO3的分解反應102



二、Mg(OH)2與Ca(OH)2的分解反應103



三、以Mg與Ca為主要組分的礦物原料與材料105



第五節TiO2體繫106



一、TiO2的變體106



二、高壓下TiO2的變體107



三、納米TiO2的變體108



四、Ti-TiO2體繫108



五、氧化鈦繫礦物原料及其材料109



第六節MnOn體繫110



一、MnO2的變體110



二、低價氧化錳及其變體110



三、氧化錳繫礦物原料及其材料112



第七節ZrO2體繫113



一、ZrO2的變體113



二、鋯石的性質及其變化115



三、氧化鋯礦物原料及其材料116



第八節P2O5體繫116



一、P2O5的變體116



二、P2O5礦物原料117



第體繫118



節SiO2-Al2O3體繫118



一、以紅柱石族礦物為主晶相的SiO2-Al2O3體繫118



二、以莫來石為主晶相的SiO2-Al2O3體繫119



三、含羥基礦物的SiO2-Al2O3體繫120



四、SiO2-Al2O3體繫反應熱力學121



五、SiO2-Al2O3體繫礦物原料及其材料122



第二節SiO2-MgO（FeO）體繫123



一、不含水的SiO2-MgO（FeO）體繫123



二、含水的SiO2-MgO體繫128



三、SiO2-MgO體繫礦物原料及其材料128



第三節SiO2-CaO體繫130



一、不含水的SiO2-CaO體繫130



二、含水的SiO2-CaO體繫133



三、SiO2-CaO體繫礦物原料及其材料133



第四節SiO2（Al2O3）-K2O（Na2O，Li2O）體繫134



一、SiO2-K2O體繫135



二、SiO2-Na2O體繫135



三、Al2O3-K2O（Na2O）體繫135



四、SiO2-Li2O體繫135



五、SiO2（Al2O3）-K2O（Na2O，Li2O）體繫的材料學意義137



第五節SiO2-B2O3體繫137



第體繫139



節SiO2-Al2O3-MgO(FeO，MnO)體繫139



一、SiO2-Al2O3-MgO體繫139



二、SiO2-Al2O3-FeO（MnO）體繫141



三、SiO2-Al2O3-MgO體繫的材料學意義142



第二節SiO2-Al2O3-CaO(BaO)體繫143



一、SiO2-Al2O3-CaO體繫144



二、SiO2-Al2O3-BaO體繫146



三、SiO2-Al2O3-CaO體繫材料學意義148



第三節SiO2-Al2O3-K2O(Na2O)體繫148



一、SiO2-Al2O3-K2O體繫148



二、SiO2-Al2O3-Na2O體繫150



三、SiO2-Al2O3-K2O(Na2O)體繫相圖的應用153



第四節SiO2-Al2O3-Li2O體繫156



第五節SiO2-B2O3-Na2O體繫158



第六節SiO2-B2O3-CaO體繫161



第體繫162



節SiO2-Al2O3-MgO-CaO體繫162



一、SiO2-Al2O3-MgO-CaO體繫的主要礦物162



二、Fo-Di-An-SiO2體繫163



三、CMS2-CAS2-CS-C2MS2體繫164



四、SiO2-Al2O3-MgO-CaO體繫岩石165



第二節SiO2-Al2O3-MgO-Na2O體繫166



第三節SiO2-FeO-Fe2O3-Al2O3（MgO）體繫166



一、SiO2-FeO-Fe2O3-Al2O3體繫166



二、SiO2-Fe2O3-FeO -MgO體繫168



第四節SiO2-Fe3O4-Mg2SiO4 -CaAl2Si2O8體繫168



第五節SiO2-Al2O3-MgO-Li2O體繫169



第六節SiO2-Al2O3-MgO(CaO)-K2O(Na2O)體繫170



第九章硅酸鹽體繫熱力學計算172



節經典法172



一、經典法計算化學反應的ΔrGT172



二、經典法的應用173



第二節熱力學勢函數法174



一、熱力學勢函數法計算化學反應的ΔrGT174



二、熱力學勢函數法的應用175



第三篇硅酸鹽體繫反應動力學



第十章固相反應動力學180



節固相反應概述180



一、固相反應的含義180



二、固相反應的特點180



三、固相反應的分類180



第二節固相反應的過程及機理180



一、固相反應的過程180



二、相界面上反應和離子擴散的關繫182



三、固相反應的中間產物183



第三節固相反應動力學183



一、固相反應的一般動力學關繫式183



二、化學反應動力學範圍185



三、擴散動力學範圍186



第四節影響固相反應的因素191



一、溫度、壓力與氣氛的影響191



二、反應物粒度及均勻性的影響192



三、礦化劑的影響193



四、反應物化學組成與結構的影響193



第十一章燒結反應動力學195



節燒結類型劃分195



第二節固相燒結195



一、燒結階段劃分及特征196



二、固相燒結動力學198



三、燒結過程中的晶粒長大199



四、燒結體的不均勻性201



第三節液相燒結201



一、液相燒結的動力學過程202



二、液相燒結階段劃分202



三、液相燒結過程中的液相浸潤204



四、液相燒結驅動力204



五、液相燒結的致密化機理205



六、液相燒結的晶界特征206



七、液相燒結過程中的晶粒生長與粗化207



八、液相燒結的典型相圖207



九、反應液相燒結208



十、過渡液相燒結208



十一、液相燒結的復雜性208



第四節玻璃化209



一、傳統陶瓷中的玻璃化209



二、黏度和表面張力對玻璃化過程的影響210



第五節液相燒結動力學模型214



第六節影響陶瓷材料致密化的因素217



第七節燒結過程中的晶化與過冷結晶217



附錄222



附錄Ⅰ礦物種英文名稱、縮寫符號、中文名稱、化學式與理論組成222



附錄Ⅱ29815K下一些物質的熱力學參數225



附錄Ⅲ一些重要反應的熱力學方程232



附錄Ⅳ一些重要物質的多晶轉變與熔融熱力學參數245



附錄Ⅴ氧化物的分子量、密度和熔點249



參考文獻250