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第一篇 硅酸盐物理化学基础2

第一章 热力学基础2

第一节 热力学基本概念2

一、体系和环境2

二、状态和状态函数2

三、过程和途径3

四、功和热3

第二节 热力学函数的性质及其关系式3

一、热力学函数的定义3

二、热力学函数关系式6

三、吉布斯-亥姆霍兹方程式8

第三节 化学反应热效应8

一、反应热效应9

二、热化学方程式9

三、盖斯定律10

四、标准生成焓10

五、标准燃烧焓11

六、热效应与温度的关系11

七、相变过程和相变焓12

第四节 标准摩尔熵及熵变的计算13

一、标准摩尔熵13

二、熵变的计算14

三、化学反应的熵变计算15

第五节 标准摩尔吉布斯自由能及其改变量的计算15

一、标准摩尔吉布斯生成自由能15

二、吉布斯自由能变的计算15

三、化学反应吉布斯自由能变的计算16

第六节 偏摩尔量与化学势16

一、偏摩尔量16

二、化学势17

第二章 典型氧化物及硅酸盐的晶体结构19

第一节 典型氧化物晶体结构19

一、AB型化合物结构19

二、AB2型化合物结构21

三、AB3型结构23

四、ABO3型结构24

五、尖晶石型结构25

六、氧化物结构的一般规律27

第二节 硅酸盐晶体结构27

一、硅酸盐化学组成的表示法27

二、硅酸盐晶体结构的特点28

三、硅酸盐晶体结构的类型28

第三章 晶体结构缺陷37

第一节 点缺陷37

一、点缺陷的类型37

二、点缺陷的表示方法38

三、点缺陷的化学反应表示法39

四、热缺陷浓度40

第二节 固溶体42

一、固溶体的概念42

二、固溶体的分类42

三、置换型固溶体44

四、间隙型固溶体45

第三节 非化学计量化合物46

一、非化学计量化合物的概念46

二、非化学计量化合物的类型46

第四节 线缺陷48

一、位错的概念49

二、位错的基本类型和特征49

第五节 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

第一节 相平衡的基本概念与相律53

一、体系53

二、相53

三、组分54

四、自由度和自由度数54

五、外界影响因素54

六、相律54

第二节 一元体系55

一、一元体系的相律55

二、具有同质多晶转变的一元体系相图55

三、可逆多晶转变与不可逆多晶转变的一元体系相图56

第三节 二元体系57

一、二元体系相图的相律及相图表示方法57

二、二元相图中的组成表示法57

三、二元体系相图的基本类型58

第四节 三元体系69

一、三元体系的相律及相图表示方法69

二、三元体系组成的表示方法69

三、浓度三角形中的几个规则70

四、三元体系相图的基本类型73

五、分析复杂相图的主要步骤86

第二篇 硅酸盐体系反应热力学88

第五章 一元体系88

第一节 SiO2体系88

一、SiO2的主要存在状态及特征88

二、SiO2的主要变体88

三、SiO2变体的体积变化89

四、SiO2的高压变体91

五、射线辐射对SiO2变体的影响91

六、SiO2原料及其材料92

第二节 Al2O3体系92

一、Al2O3的主要变体93

二、Al2O3·nH2O的加热脱水变化94

三、不同介质环境中Al2O3及其水化物的相关系94

四、Al2O3原料及其材料96

第三节 FeO（Fe2 O3）体系98

一、氧化铁系的相变化99

二、铁的价态与氧逸度的关系99

三、高温-高压下Fe-FeO相图100

四、FeO的结晶变体及其磁性特征101

五、氧化铁系矿物原料及其材料101

第四节 CaO和MgO体系102

一、MgCO3与CaCO3的分解反应102

二、Mg（OH）2与Ca（OH）2的分解反应103

三、以Mg与Ca为主要组分的矿物原料与材料105

第五节 TiO2体系106

一、TiO2的变体106

二、高压下TiO2的变体107

三、纳米TiO2的变体108

四、Ti-TiO2体系108

五、氧化钛系矿物原料及其材料109

第六节 MnO n体系110

一、MnO2的变体110

二、低价氧化锰及其变体110

三、氧化锰系矿物原料及其材料112

第七节 ZrO2体系113

一、ZrO2的变体113

二、锆石的性质及其变化115

三、氧化锆矿物原料及其材料116

第八节 P2O5体系116

一、P2O5的变体116

二、P2O5矿物原料117

第六章 二元体系118

第一节 SiO2-Al2O3体系118

一、以红柱石族矿物为主晶相的SiO2-Al2O3体系118

二、以莫来石为主晶相的SiO2-Al2O3体系119

三、含羟基矿物的SiO2-Al2O3体系120

四、SiO2-Al2O3体系反应热力学121

五、SiO2-Al2O3体系矿物原料及其材料122

第二节 SiO2-MgO（FeO）体系123

一、不含水的SiO2-MgO（FeO）体系123

二、含水的SiO2-MgO体系128

三、SiO2-MgO体系矿物原料及其材料128

第三节 SiO2-CaO体系130

一、不含水的SiO2-CaO体系130

二、含水的SiO2体系133

三、SiO2-CaO体系矿物原料及其材料133

第四节 SiO2（Al2O3）-K2O（Na2O，Li2O）体系134

一、SiO2-K2O体系135

二、SiO2-Na2O体系135

三、Al2O3-K2O（Na2O）体系135

四、SiO2-Li2O体系135

五、SiO2（Al2O3）-K2O（Na2O，Li2O）体系的材料学意义137

第五节 SiO2-B2O3体系137

第七章 三元体系139

第一节 SiO2-Al2 O3-MgO（FeO，MnO）体系139

一、SiO2-Al2 O3-MgO体系139

二、SiO2-Al2 O3-FeO（MnO）体系141

三、SiO2-Al2 O3-MgO体系的材料学意义142

第二节 SiO2-Al2 O3-CaO（BaO）体系143

一、SiO2-Al2 O3-CaO体系144

二、SiO2-Al2 O3-BaO体系146

三、 SiO2-Al2 O3-CaO体系材料学意义148

第三节 SiO2-Al2O3-K2 O（Na2 O）体系148

一、SiO2-Al2 O3-K2 O体系148

二、SiO2-Al2 O3 -Na2 O体系150

三、SiO2-Al2O3-K2O（Na2 O）体系相图的应用153

第四节 SiO2-Al2 O3-Li2 O体系156

第五节 SiO2-B2 O3-Na2O体系158

第六节 SiO2-B2 O3-CaO体系161

第八章 四元体系162

第一节 SiO2-Al2 O3-MgO-CaO体系162

一、SiO2-Al2 O3-MgO-CaO体系的主要矿物162

二、Fo-Di-An-SiO2体系163

三、CMS2-CAS2-CS-C2 MS2体系164

四、SiO2-Al2 O3-MgO-CaO体系岩石165

第二节 SiO2-Al2 O3-MgO-Na2O体系166

第三节 SiO2-FeO-Fe2O3-Al2O3（MgO）体系166

一、SiO2-FeO-Fe2O3-Al2O3体系166

二、SiO2-Fe2O3-FeO-MgO体系168

第四节 SiO2-Fe3O4-Mg2SiO4-CaAl2Si2O8体系168

第五节 SiO2-Al2O3-MgO-Li2O体系169

第六节 SiO2-Al2O3-MgO（CaO）-K2O（Na2 O）体系170

第九章 硅酸盐体系热力学计算172

第一节 经典法172

一、经典法计算化学反应的ΔrG？T172

二、经典法的应用173

第二节 热力学势函数法174

一、热力学势函数法计算化学反应的ΔrG？T174

二、热力学势函数法的应用175

第三篇 硅酸盐体系反应动力学180

第十章 固相反应动力学180

第一节 固相反应概述180

一、固相反应的含义180

二、固相反应的特点180

三、固相反应的分类180

第二节 固相反应的过程及机理180

一、固相反应的过程180

二、相界面上反应和离子扩散的关系182

三、固相反应的中间产物183

第三节 固相反应动力学183

一、固相反应的一般动力学关系式183

二、化学反应动力学范围185

三、扩散动力学范围186

第四节 影响固相反应的因素191

一、温度、压力与气氛的影响191

二、反应物粒度及均匀性的影响192

三、矿化剂的影响193

四、反应物化学组成与结构的影响193

第十一章 烧结反应动力学195

第一节 烧结类型划分195

第二节 固相烧结195

一、烧结阶段划分及特征196

二、固相烧结动力学198

三、烧结过程中的晶粒长大199

四、烧结体的不均匀性201

第三节 液相烧结201

一、液相烧结的动力学过程202

二、液相烧结阶段划分202

三、液相烧结过程中的液相浸润204

四、液相烧结驱动力204

五、液相烧结的致密化机理205

六、液相烧结的晶界特征206

七、液相烧结过程中的晶粒生长与粗化207

八、液相烧结的典型相图207

九、反应液相烧结208

十、过渡液相烧结208

十一、液相烧结的复杂性208

第四节 玻璃化209

一、传统陶瓷中的玻璃化209

二、黏度和表面张力对玻璃化过程的影响210

第五节 液相烧结动力学模型214

第六节 影响陶瓷材料致密化的因素217

第七节 烧结过程中的晶化与过冷结晶217

附录222

附录Ⅰ 矿物种英文名称、缩写符号、中文名称、化学式与理论组成222

附录Ⅱ 298.15K下一些物质的热力学参数225

附录Ⅲ 一些重要反应的热力学方程232

附录Ⅳ 一些重要物质的多晶转变与熔融热力学参数245

附录Ⅴ 氧化物的分子量、密度和熔点249

参考文献250