固体化学-苏2

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1、1绪论1.1固体化学的任务固体化学是研究固体物质(包括材料)的制备、组成、结构和性质的科学．它的形成和发展是最近几十年的事，是同现代科学技术的发展和需要密切相关的．虽然早在本世纪20年代就已经开始研究有固体物质参加的化学反应，但由于当时的研究课题有限，又缺少探测固相内部微量组分和微观结构的实验手段，所以固体化学的发展比较缓慢，到上世纪60年代，一些新技术领域的兴起，要求越来越多的具有特殊性能的固体材料化学家积极地参加了各种结构材料及功能材料的研究；新技术又向化学家提供了各种现代化的实验手段(如各种能谐、波诸和电镜等)，使之能够深入认识固体物质的体相内和表面上的组成和结构，测试其物

2、理和化学性质，这时固体化学才开始了一个蓬勃发展的新阶段．我们知道，材料是人类各个历史阶段的里程碑，是社会进少的物质基础，也是世界文明得以继续发展的关键．能源、信息和材料是现代文明的三大支柱，而材料又是能源和信息的物质基础．材料是指包括金属、无机非金属和有机高分子在内的各类化学物质，主要是固态物质，它们构成现代发达社会的物质基础．例如，化石能源供不应求，而每秒射到地面的太阳光的能量为31万千焦，相当于世界发电量的几十万倍，每平方米上相当于0.2—1千瓦。新的能源工业要求能有效地利用太阳能，就需要解决制备高效和稳定的光电或光化学能量转换材料的问题．航天技术要求能抗氧化、耐辐射和耐腐蚀

3、的高温而强度的陶瓷或复合材料．信息的产生、传输、收集、处理、存储和显示等技术需要多种激光、光导、换能以及传感材料，而且要具备单色性好、强度高、信息容量大、灵敏应高等特性．半导体晶体硅的问世以及在硅晶体上发展起来的集成电路，已经形成了年产值达数百亿美元的工业，开创了一个信息时代，并正在加速人类文明历史的进程．固体材料的化学特性的研究和应用也是很重要的，目前大约有70％的化学工业生产是依靠具有特定表面化学活性的催化剂来进行的。固体化学和固体物理以及材料工程学等学科互相交叉渗透，互相补充配合而形成了现代固体科学和技术共同担负着解决新材料的科学技术问题．其实固体物理侧重研究构成固体物质的

4、原子、离子及电子的运动和相互作用，提出各种模型和理论，以阐明固体的结构和物性．固体化学则着重研究实际固体物质的化学反应、合成方法、晶体生长、化学组成和晶体结构，研究固体的缺陷及其对物质的物理及化学性质的影响等；探索固体物质作为材料实际应用的可能性．材料工程学的任务则是解决如何将固体物质制成可实际使用的结构和功能材料或器件使之具有指定的形态(如纤维、薄膜、陶瓷体、集成块等)和规定的结构和性能如具有特定的热、力、光、电、声、磁化学活性等功能．固体化学是以固体物理的成就为基础而发展起来的，两门学科的研究内容有许多交叉，但是它们的任务又有明确的分工．一般说来，固体物理强调各类物质的共同规

5、律性，而固体化学则注意固体物质的组成变化的特性，固体物理研究固体中性质的连续变化，固体化学则关心的是由于化学反应而产生的突变；固体物理探索固体性质与结构之间的定量关系，而固体化学着重子对固体性质的定性认识．固体化学研究内容很广泛，而且研究课题与固体物理以及其他科学技术互相交叉渗透．从国际性学术刊物《固体化学杂志》的征稿范围可以反映出固体化学的这种状况．该刊规定它所刊载的研究论文是关于固体的化学、结构、热力学、电子学、磁学和光学方面的性质和过程的研究，包括理论性和实验性的研究．固体化学在我国发展铰晚，开展固体化学研究也有一定伪困难．因为化学工作者一般不掌握上述那些边缘科学的知识，也

6、缺少那些实验技术和设备，在一些小的或非综合性的单位里，这种困难会更多一些，但是我们可以充分发挥我国社会主义制度的优越性，在人才的培养上我们可采取两个办法：现有的化学工作者再学习一些其他科学，特别是固体物理方面的课程，同时有计划地在化学专业或材料科学专业里培养固体化学的学生；在实验技术和设备上可以开展各单位之间的协作，充分利用已有的现代化大型物理仪器．这样可以迅速地把固体化学在我国建立和发展起来．1.2固体物质的分类从固体材料化学组成来区分，主要有无机、有机和金属三大类材料．无机固体化学是以研究无机和金属材料为任务的，包括固体单质(硅、碳等)、二元或者多元化合物、金属和合金等．固体

7、物质可以按照其中原子排列的有序程度，分类为晶态固体和非晶态固体，晶态固体具有长程有序的点阵结构如氯化钠、砷化镓等，其中的组成原子或基元是处于按一定格式空间排列的状态．非晶态固体则象液体一样，只在几个原子间距的量级短程范围内具有原子有序的状态．如玻璃和许多聚合物可以看作是过冷的液体，它们中间的原子的排列是没有一定的格式的．我们也可以按照固体原子之间结合力的本质(即化学键)的类型来给固体物质分类，即把固体物质分为离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体等．离子晶体离子晶体是由正、负离子